Taller N° 1 QUÍMICA DE LA VIDA

1. Desarrolla el siguiente vocabulario:

Materia: Es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida.

Masa: Es un concepto que identifica a aquella magnitud de carácter físico que permite indicar la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Dentro del Sistema Internacional, su unidad es el kilogramo (kg.).

Elemento: Un elemento químico es un tipo de materia constituida por átomos de la misma clase. En su forma más simple posee un número determinado de protones en su núcleo, haciéndolo pertenecer a una categoría única clasificada con el número atómico, aun cuando este pueda desplegar distintas masas atómicas. 

Átomo: Es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más elementales sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Núcleo: El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo. Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes).

Protón: Un protón es una partícula cargada positivamente que se encuentra dentro del núcleo atómico. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.

Neutrón: Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón. El número de neutrones en un núcleo atómico determina el isótopo de ese elemento.

Número atómico: En física y química, el número atómico es el número total de protones que tiene el átomo. Se suele representar con la letra Z. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes números de electrones y protones. 

Masa atómica: La masa atómica (ma) es la masa de un átomo, más frecuentemente expresada en unidades de masa atómica unificada.1 La masa atómica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones (pues la masa de los electrones en el átomo es prácticamente despreciable) en un solo átomo (cuando el átomo no tiene movimiento). 

Electrón: El electrón comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa. Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como una partícula elemental.

Orbital: Un orbital atómico es una determinada solución particular, espacial e independiente del tiempo, a la ecuación de Schrödinger para el caso de un electrón sometido a un potencial coulombiano.

Compuesto: En química, un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica. Una característica esencial es que tiene una fórmula química. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno en la razón de 2 a 1 (en

número de átomos): H 2 O

Enlace químico: Un enlace químico es el proceso químico responsable de las interacciones entre átomos, moléculas e iones, que tiene una estabilidad en los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. Es uno de los conceptos químicos más difícil de explicar; es por eso que se aborda a través de diversas teorías.

Enlace covalente: Un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel.

Molécula: En química, se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentes que forman un sistema estable y eléctricamente neutro.

Ión: es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.

Enlaces iónicos: En Química, un enlace iónico o electrovalente es la unión de átomos que resulta de la presencia de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica).

Compuestos orgánicos: o molécula orgánica es una sustancia química que contiene carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno. En muchos casos contienen oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros elementos menos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se denominan moléculas orgánicas.

Grupo funcional: El grupo funcional es un átomo o conjunto de átomos unidos a una cadena carbonada, representada en la fórmula general por R para los compuestos alifáticos y como Ar(radicales alifáticos) para los compuestos aromáticos. Los grupos funcionales son responsables de la reactividad y propiedades químicas de los compuestos orgánicos.

Monómeros: es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros. Ejemplos:

Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas.

Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleídos.

Los monosacáridos son los monómeros de los polisacáridos.

Polímeros: Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. 

Macromolécula: son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

Condensación: Cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

Hidrólisis: Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente.

ATP: Adenosina de trifosfato Un compuesto químico complejo formado por la energía liberada por los alimentos y que se almacena en todas las células, en especial las musculares. Sólo con la energía liberada por la descomposición de este compuesto la célula puede realizar su trabajo biológico.

Carbohidrato: Compuesto químico formado por carbono, hidrógeno y oxígeno. Están presentes en los alimentos en diferentes formas y porcentajes: carbohidratos complejos (cereales, legumbres, patata, etc.) y carbohidratos simples o azúcares (miel, fruta, leche, etc.). Proporcionan energía al organismo.

Monosacáridos: o azúcares simples son los glúcidos más sencillos, no se hidrolizan, es decir, no se descomponen en otros compuestos más simples.

Disacárido: Los disacáridos son un tipo de glúcidos formados por la condensación (unión) de dos azúcares monosacáridos iguales o distintos mediante un enlace O-glucosídico (con pérdida de una molécula de agua) pues se establece en forma de éter siendo un átomo de oxígeno el que une cada pareja de monosacáridos, mono o dicarbonílico, que además puede ser α o β en función del -OH hemiacetal o hemicetal. Los disacáridos más comunes son:

Sacarosa: formada por la unión de una glucosa y una fructosa. A la sacarosa se le llama también azúcar común. No tiene poder reductor.

Lactosa: formada por la unión de una glucosa y una galactosa. Es el azúcar de la leche. Tiene poder reductor.

Maltosa, isomaltosa, trehalosa y celobiosa: formadas todas por la unión de dos glucosas, son diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Todas ellas tienen poder reductor, salvo la trehalosa.

Polisacárido: Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

Proteína: Son moléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos.

Aminoácido: Es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación entre el grupo amino de uno y el carboxilo del otro, liberándose una molécula de agua y formando un enlace amida que se denomina enlace peptídico; estos dos "residuos" de aminoácido forman un dipéptido. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, hasta formar un polipéptido. Esta reacción tiene lugar de manera natural dentro de las células, en los ribosomas.

Enlace pepitico: es un enlace entre el grupo amino (–NH2) de un aminoácido y el grupo carboxilo (–COOH) de otro aminoácido. Los péptidos y las proteínas están formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces pepiticos. El enlace pepitico implica la pérdida de una molécula de agua y la formación de un enlace covalente CO-NH. Es, en realidad, un enlace amida sustituido.

Polipéptido: Es el nombre utilizado para designar un péptido de tamaño suficientemente grande; como orientación, se puede hablar de más de 10 aminoácidos. Cuando el polipéptido es suficientemente grande y, en particular, cuando tiene una estructura tridimensional única y estable, se habla de una proteína.

Enzima: es una proteína que cataliza las reacciones bioquímicas del metabolismo. Las enzimas actúan sobre las moléculas conocidas como sustratos y permiten el desarrollo de los diversos procesos celulares.

Sustrato: un sustrato es la superficie en la que una planta o un animal vive. El sustrato puede incluir materiales bióticos o abióticos.

Sitio activo: o centro activo es la zona de la enzima en la que se realiza el sustrato para ser catalizado.

Lípido: Grasa, sustancia orgánica insoluble en agua que se encuentra en el tejido adiposo y en otras partes del cuerpo de los animales, así como en los vegetales, especialmente en las semillas de ciertas plantas; está constituida por una mezcla de ácidos grasos y ésteres de glicerina y sirve como reserva de energía.

Acido graso: Un ácido graso es una biomolécula de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de diferente longitud o número de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo (son ácidos orgánicos de cadena larga). 

Fosfolípido: Son un tipo de lípidos anfipáticos compuestos por una molécula de glicerol, a la que se unen dos ácidos grasos (1,2-diacilglicerol) y un grupo fosfato.

Esteroide: Son un tipo de compuestos orgánicos derivados del núcleo del pentanohidrofenanteno o esterano que se compone de carbono e hidrógeno formando cuatro anillos fusionados, tres con seis átomos y uno con cinco; posee en total 17 átomos de carbono. 

Acido nucleico: Son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con

millones de nucleótidos encadenados. Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.

DNA: Sigla internacional del ADN (ácido desoxirribonucleico), ácido nucleico que se encuentra en el núcleo de las células y es el principal constituyente del material genético de los seres vivos.

RNA: El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.

Nucleótido: Son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.

2. Preguntas?. a. Defina en que consiste una reacción química y de algunos ejemplos.

Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro de forma natural, o una cinta de magnesio al colocarla en una llama se convierte en óxido de magnesio, como un ejemplo de reacción inducida.Ejemplos:

Reacción Ácido Base:1. 2HCl + Zn –> ZnCl2  + H2

2. NaOH + HCL –> NaCl + H2O3. Fe(OH)2 + H2SO4 –> FeSO4  + H2O4. CuO + 2HCL –> CuCl2 + H2O

Reacción de Combustión:1. O2 + C –> CO2

2. 2SH2 + 3O2 –> 2SO2 + 2H2O3. Cu + O2 –> CuO2

Reacción de Oxidación:1. 2Fe + O2 =  2FeO2. 4Al + 3O2 = 2Al203

3. 2Mg + O2 –> 2MgO

El producto de una reacción química es una substancia de naturaleza totalmente diferente a la de los reactivos.

b. Que características del agua la hacen ideal como la molécula más abundante en las células?

El agua es la única molécula que coexiste de forma abundante en la tierra en estado líquido, sólido y gaseoso. Por las características únicas y exclusivas que posee, es una molécula esencial para la vida y en el ser humano constituye aproximadamente el 60% del peso corporal. Por ello, es preciso mantener regulados sus niveles y evitar así posibles fallos en los mecanismos de regulación hídrica de nuestro organismo.El agua (H2O) es la molécula más abundante en los seres vivos. Se encuentra formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Se caracteriza por tener una alta afinidad para formar enlaces por puentes de hidrógeno con otras moléculas, además de presentar una estructura parcialmente ordenada en forma líquida. Dado que la gran mayoría de reacciones bioquímicas que ocurren en nuestro organismo se desarrollan en medios acuosos, el estudio de esta molécula es de gran importancia.Con respecto a su estructura conformacional, la molécula de agua tiene carácter tetraédrico y dispone de una hibridación sp3 en el átomo de oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se sitúa en el centro de la molécula y los dos átomos de hidrógeno, en los dos vértices del tetraedro (ver Figura 1). El ángulo que se forma entre los dos átomos de hidrógeno (HOH) es de 104,5o y la distancia del enlace entre el átomo de oxígeno y el de hidrógeno (O-H) es de 0,096 nm. La molécula de agua se comporta como un dipolo eléctrico (sin carga neta), ya que el oxígeno presenta una mayor electronegatividad que el hidrógeno. Este hecho determina que se produzca una distribución asimétrica de la carga electrónica, encontrando una densidad electrónica mayor sobre el oxígeno y en consecuencia, un déficit electrónico sobre los átomos de hidrógeno.

c. Explique los procesos físicos de cohesión y adhesión.

La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un ejemplo claro.

La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

d. Por qué el agua es denominada una sustancia polar?

Un disolvente o solvente es el medio disolvente de una solución; normalmente es el componente de una solución presente en mayor cantidad.

Los disolventes forman parte de múltiples aplicaciones: adhesivos, componentes en las pinturas, productos farmacéuticos, para la elaboración de materiales sintéticos, etc.

Las moléculas de disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto y rodearlas. Se conoce como solvatación. Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos. Los solutos apolares disuelven las sustancias apolares por interacciones entre dipolos inducidos.

El agua es habitualmente denominada el disolvente universal por la gran cantidad de sustancias sobre las que puede actuar como disolvente.

e. Por qué el agua pura tiene un pH neutro? El agua de formula química (H20) pura reacciona consigo misma, experimentando una ligera disociación (OH- y H+), conocida como autoionización o autoprotolisis del agua. Al estar en equilibrio "la cantidad", concentración de H+ y OH- es la misma, y como la escala de pH esta entre 7 y 14, es el 7 el punto de equilibrio, pH neutro (pH=7) que es el pH del agua pura.

f. Cuál es la relación entre los puentes de hidrógeno y las fuerzas de cohesión, adhesión y capilaridad? g. El ingrediente activo de la aspirina es el ácido acetil salicílico, por qué los médicos recomiendan no consumirla, especialmente en personas con estómago sensible?

h. Explica la diferencia entre oligosacárido y polisacárido.

Los carbohidratos se dividen en Monosacaridos, Oligosacaridos, y Polisacaridos. Los Monosacaridos son los carbohidratos que no se hidrolizan Los Oligosacaridos son los carbohidratos que por hidrolisis dan unas pocas moléculas de monosacaridos. Se dividen en disacaridos (reductores y no reductores según que reduzcan o no la sol. de Fehling) en trisacaridos, tetrasacaridos, penta y hexa sacaridos, estas subdivisiones tiene relación; que cuando se hidrolizan dan ese numero de monosacaridos. Los polisacaridos son los carbohidratos que por hidrólisis dan un numero grande de moléculas de monosacaridos y a su vez se dividen en Homopolisacaridos que son los polisacaridos que por hidrólisis dan sólo una especie de azúcar, y los Heterepolisacaridos que por hidrólisis dan más de una especie de azúcar 

i. Cuál es la diferencia entre glucógen y celulosa?

Celulosa:

La celulosa es un biopolimero compuesto exclusivamente de exclusivamente de moléculas moleculas de β-glucosa glucosa, es pues un , es pues un homopolisacárido.

La celulosa es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre

Es la principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de

hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas

muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan originan fibras compactas compactas que constituyen constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez.

La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. La pared de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa; la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un porcentaje mayor al 90%. +

el cuerpo humano no puede digerirla porque no produce las enzimas necesarias para ello, solo la acepta en pequeñas cantidades que se encuentran en los cereales, nos ayuda en la digestion. Los rumiantes son los que pueden consumir y digerirla.

Es insoluble en agua La celulosa es la sustancia que más frecuentemente se encuentra en la pared de las células

vegetales, y fue descubierta en 1838. La celulosa constituye la materia prima del papel y de los tejidos de fibras naturales. También

se utiliza en la fabricación de explosivos (el más conocido es la nitrocelulosa o "pólvora para armas"), celuloide, seda artificial, barnices y se utiliza como aislamiento térmico y acústico, como producto derivado del papel reciclado triturado.

Glucógeno:

Es un polisacárido de reserva energética formado por cadenas ramificadas de glucosa Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas formadas por

enlaces glucosúricos 1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace de cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal glucosídico, tal y como sucede en la amilo pectina.

Abunda en el hígado y en menor cantidad en los músculos, así como también en varios tejidos. El páncreas crea glucógeno cuando el cuerpo necesita aumentar los niveles de azúcar en la

sangre para ser usada como energía. El glucógeno eleva el azúcar en la sangre gracias a una señal que envía al hígado. El hígado y los músculos almacenan la glucosa en forma de glucógeno para ser liberada cuando el cuerpo la necesita.

Las glucogenosis o trastornos del metabolismo del glucógeno son un conjunto de nueve enfermedades genéticas, la mayoría hereditarias, que afectan la vía de formación del glucógeno y las de su utilización.

El glucagón se utiliza cuando el paciente diabético tiene una reacción severa de hipoglucemia.

j. Cuáles son las principales funciones de las grasas y los fosfolípidos en las células? k. Además de servir como bloques de construcción para los ácidos nucleicos ¿qué otras funciones importantes poseen los nucleótidos en las células? l. Investiga los diferentes aminoácidos que existen en la naturaleza, sus nombres, como es clasifican, y como es su estructura molecular? m. Escriba algunas diferencias entre ácidos, bases y sales. Cuáles son las funciones de las sales en la materia viva?

n. Elabore una tabla comparativa y en ella dibuje la estructura molecular y describa tipos de enlaces, unidades mínimas que los conforman, funciones y características principales de: carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos de la célula. o. Escriba las diferencias entre un enlace covalente e iónico. p. Compare los enlaces glucosídicos, peptídicos y de éster. Cuál es su importancia en biología?.