Blog de Biofisica.
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Creadores
Harold Hernan Yagual Figueroa
Alias: Harold Kim
Años: 20
Carrera: Medicina General
Hobbies: Literatura Ligera, Manga, Animes
Idiomas: Español, Ingels (intermedio), Coreano (Basico)
Ciudad: Santa Elena - Atahualpa
Frase: El hombre no puede obtener nada sin primero dar algo a cambio. Para crear, algo de igual valor debe sacrificarse.
Deriam Jose Alcivar Briones
Alias: Trompita/deriam
Años: 18
Carrera; Medicina General
Hobbies: Canto, Manga y animes.
Ciuda: Guayas/ Daule
Frases: ................
Toda Accion repetitiva trae lecciones .- Anatomia.
AQUI UNA AYUDA RAPIDA SOBRE LOS TEMAS MAS IMPORTANTES DE NUESTRO BLOG.
La biofísica es
la ciencia que estudia labiologíacon los principios y métodos de lafísica. Se discute si la biofísica es una
rama de la física o de la biología. Desde un punto de vista puede concebirse
que los conocimientos y enfoques acumulados en la física pura pueden aplicarse
al estudio de lossistemas biológicos.
Objetivos
Su objetivo
primario para esto es el desarrollo de nuevas herramientas dinámicas y
estructurales obtener estudios más completos de los sistemas y de las simples
interacciones de las proteínas in vitro a complejas interacciones de
biopolímeros
en células.
La Biofísica
explica funciones biológicas en términos de mecanismos moleculares:
descripciones físicas precisas de cómo moléculas individuales trabajan juntas
como pequeñas máquinas para producir funciones biológicas específicas
En el año 1924 el bioquímico ruso Aleksandr Ivanovich Oparin propuso la teoría sobre el orígen de la vida más aceptada hasta al momento. Oparin hipotetizó sobre el origen de la vida en la Tierra a partir de la evolución química y gradual de moléculas basadas en carbono, hipótesis que llamó el caldo primordial y que aún hoy es considera la hipótesis más correcta y válida capaz de explicar el origen de la vida en nuestro planeta.
Gracias a estas teorías, podemos decir que la vida en la Tierra comenzó hace más de 3 mil millones de años, evolucionando desde el más pequeño microbio a las complejas y variadas especies que hoy habitamos el planeta. Lo que aún no sabemos es cómo surgió la vida, cómo aparecieron esos primeros microbios, de dónde o en dónde.
No obstante, desde la abiogénesis, otras tantas teorías, suposiciones e hipótesis se han planteado acerca de una cuestión tan compleja y persistente como lo ha sido el génesis de la vida terrestre para la comunidad científica, desde tiempos inmemoriales. Y es que todos alguna vez nos lo hemos preguntado ¿cómo surgió la vida en la Tierra? Te invito a conocer brevemente estas 5
La teoría de los respiradores o de ventilación de aguas profundas, comúnmente se conoce como la teoría de fuente hidrotermal y sugiere que la vida podría haber comenzado a partir de aberturas submarinas o respiradores hidrotermales debajo del mar, desprendiendo moléculas ricas en hidrógeno que fueron clave para el surgimiento de la vida en la Tierra.
Los calientes rincones rocosos de este tipo de formaciones habrían de tener grandes concentraciones de este tipo de moléculas y proporcionar los catalizadores minerales necesarios para las reacciones críticas. De hecho, en la actualidad, este tipo de formaciones submarinas, ricas en energía química y térmica, mantienen con vida a ecosistemas completos bajo agua.
La teoría glacial sugiere que hace unos 3700 millones de años atrás, la Tierra entera estaba cubierta de hielo, ya que la superficie de los océanos se habían congelado a consecuencia de la luminosidad del Sol, prácticamente un tercio menor de lo que es ahora.
Esa amplia capa de hielo, seguramente de varios cientos de metros de espesor, sirvió para proteger a los más frágiles compuestos orgánicos de la luz ultravioleta, así como también de cualquier otra amenaza exterior. Ese resguardo, oscuro y frío, también habría ayudado a que las moléculas resistieran más y tuvieran más posibilidades de desarrollar reacciones eficaces importantes para la aparición de la vida.
Sabemos que el ADN necesita de proteínas para formarse y del mismo modo, para que las proteínas se formen se necesita ADN, entonces, ¿cómo se formó una por primera vez sin la otra? Por un lado se menciona que puede que el ARN sea capaz de almacenar información de la misma forma en la que lo hace el ADN, además de funcionar como enzima para las proteínas. Por ende, el ARN sería capaz de ayudar en la creación tanto de ADN como de proteínas y entonces, como indica la hipótesis del mundo de ARN, ser responsable del surgimiento de la vida terrestre. Con el tiempo, el ADN y las proteínas dejaron de necesitar del ARN, volviéndose más eficientes. Sin embargo, aún hoy, el ARN continúa siendo de grandísima importancia para muchos organismos.
En contraposición a la hipótesis del mundo de ARN que acabamos de ver, la teoría de los principios simples señala que la vida en la Tierra comenzó a desarrollarse de formas simples y no tan complejas como las del ARN. Así, la vida habría surgido a partir de moléculas mucho más pequeñas que interactuaban entre ellas mediante ciclos de reacción. Según la teoría, estas moléculas habrían de encontrarse en pequeñas y simples cápsulas semejantes a membranas celulares que con el paso del tiempo fueron volviéndose cada vez más complejas.
La teoría de la panspermia es una de las más interesantes acerca del origen de la vida en nuestro planeta. De hecho, esta teoría propone que la vida no se originó en la Tierra, sino en cualquier otraparte del vasto universo.
Está más que probado que las bacterias son capaces de sobrevivir en el espacio exterior, en condiciones sorprendentes y durante largos períodos de tiempo, la teoría de la panspermia supone que de esta manera, rocas, cometas, asteroides o cualquier otro tipo de residuo que haya llegado a la Tierra, millones de millones de años atrás, trajo la vida a nuestro planeta. Se sabe que desde Marte, enormes fragmentos de roca llegaron a la Tierra en varias oportunidades y los científicos han sugerido que desde allí podrían haber llegado varias formas de vida.
De todas maneras, nuevamente nos enfrentamos a la cuestión, sólo que desde otra manera, de cierto modo se está transfiriendo nuestra interrogante a otro lugar.
Niveles de organización de la materia. La materia está organizada en niveles, desde el nivel subatómico hasta el mundo biológico y social. Cada nivel tiene métodos de estudio propios.
Del átomo al cuerpo humano
El Cuerpo humano constituye un todo único que se compone de diferentes sistemas que mantienen el metabolismo celular y hacen posible la vida.Todos los sistemas que conoces, como el locomotor, digestivo, respiratorio, urogenital, endocrino y nervioso, están constituidos por órganos.Los órganos son agrupaciones de tejidos con una estructura particular, adaptada a la función que desempeñan. Los órganos responden a patrones estructurales que estudiaremos en su momento.
Todo tejido está constituido por células, matriz extracelular y líquido tisular. Las células, por su parte, constituyen un sistema de agregados moleculares. Y por último las moléculas están constituidas por átomos. La materia, por lo tanto, está organizada en niveles desde inferiores a superiores según el desarrollo alcanzado en la escala evolutiva. Estos niveles son: subatómico o de las partículas elementales, atómico, molecular, celular, nivel de organismos, poblaciones, especie, Comunidad y mundo biológico y social.
Así vemos que para llegar al cuerpo humano (nivel de organismo), se debe comenzar por el nivel molecular, por el nivel Celular; el nivel tisular y de órgano, vinculando las características morfológicas con el funcionamiento en cada uno de los niveles mencionados.
Niveles de organización
•Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.
•Atómo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.
•Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para fomar, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos...
•Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicación.
•Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...
•Organular: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones...
•Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos...
•Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos,...
•Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces, pinos...
•Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones de seres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.
•Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.
•Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros características de las provincias del sureste español.
•Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.
•Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales: macroclimáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie aunque no son homogéneos. Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.
•Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera.
Particularidades de los niveles
El nivel subatómico pertenece al mundo inorgánico y está constituido por las partículas subatómicas: electrones, protones, neutrones, mesones, positrones, etc., que responden a leyes propias. La cooperación entre estas partículas da como resultado el segundo nivel, el atómico, que está constituido por todos los elementos químicos conocidos y otros nuevos por descubrir.
El tercer nivel lo constituyen las moléculas, formadas por reuniones de átomos, que poseen propiedades físicas y químicas diferentes a las de los átomos que las componen; por ejemplo, los de cloro y de sodio, que bajo ciertas circunstancias reaccionan formando el cloruro de sodio o sal común.Dentro del nivel molecular existen las grandes moléculas de ácidos nucleicos (ADN y ARN), las cuales poseen la propiedad de autorreplicación y que son constituyentes principales de los virus y están presentes en todas las células.
El nivel celular surge por la interacción de agregados moleculares que conforman la materia viviente, organizada de manera tal que permite el metabolismo y la autoperpetuación. A partir de aquí aparece el movimiento biológico, los organismos unicelulares y pluricelulares, y los tejidos, órganos y sistemas.Cada nivel constituye una jerarquía de organización y muestra nuevas propiedades no manifiestas en el nivel inferior y tienen sus métodos de estudio propios.
Tenemos una muestra del elemento cobre y se divide en pedazos cada vez más pequeños. Antes de 1800, se pensaba que la materia era continua, es decir que podía ser dividida en infinitas partes más pequeñas sin cambiar la naturaleza del elemento. Sin embargo, alrededor de 1803 ganó aceptación la teoría de un científico inglés llamado Jhon Dalton (17766-1844). La naturaleza de la materia y la forma en que los elementos se combinaban, sugería la existencia de un límite a lo que un elemento podía subdividirse.
Ahora sabemos que al dividir una muestra de cobre en trozos cada vez más pequeños, finalmente se encuentra una unidad básica que no puede ser dividida sin cambiar la naturaleza del elemento. Un átomo es la partícula más pequeña que puede existir de un elemento conservando las propiedades de dicho elemento.
Lo primero de que nos debemos percatar es que los átomos son extremadamente pequeño, ya que l diámetro de un átomo es del orden de 10-8 cm, se necesitarían 100 millones de átomos en una línea recta para alcanzar una longitud de 1 cm.
Átomos y Moléculas:
Aproximadamente 400 a.C., el filósofo griego Demócrito sugirió que toda la materia estaba formada por partículas minúsculas, discretas e indivisibles, a las cuáles llamó átomos. Sus ideas fueron rechazadas durante 2000 años, pero a finales del siglo dieciocho comenzaron a ser aceptadas.
En 1808, el maestro de escuela inglés, Jhon Dalton, publicó las primeras ideas "modernas" acerca de la existencia y naturaleza de los átomos. Resumió y amplió los vagos conceptos de antiguos filósofos y científicos. Esas ideas forman la base de la Teoría Atómica de Dalton, que es de las más relevantes dentro del pensamiento científico.
Los postulados de Dalton se pueden enunciar:
Un elemento está compuesto de partículas pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
Todos los átomos de un elemento dado tienen propiedades idénticas, las cuales difieren de las de átomos de otros compuestos
Los átomos de un elemento no pueden crearse, ni destruirse o transformarse en átomos de otros elementos.
Los compuestos se forman cuando átomos de elementos diferentes se combinan entre sí en una proporción fija.
Los números relativos y tipos de átomos son constantes en un compuesto dado.
En la época de Dalton se conocían la Ley de la Conservación de la Materia y la Ley de las Proporciones Definidas, las cuales fueron la base de su teoría atómica. Dalton consideró que los átomos eran esferas sólidas e indivisibles, idea que en la actualidad se rechaza, pero demostró puntos de vista importantes acerca de la naturaleza de la materia y sus interacciones.
En ese tiempo algunos de sus postulados no pudieron verificarse (o refutarse) experimentalmente, ya que se basaron en limitadas observaciones experimentales de su época. Aún con sus limitaciones, los postulados de Dalton constituyen un marco de referencia que posteriormente los científicos pudieron modificar o ampliar.
Por esta razón se considera a Dalton como el padre de la Teoría Atómica Moderna.
La partícula más pequeña de un elemento que mantiene su identidad química a través de todos los cambios químicos y físicos se llama: Átomo. En casi todas las moléculas, dos o más átomos se unen entre sí formando unidades discretas muy pequeñas (partículas) que son eléctricamente neutras. Una Molécula es la partícula más pequeña de un compuesto o elemento que tiene existencia estable o independiente.
Un átomo de oxígeno no puede existir sólo a temperatura ambiente y presión atmosférica normal; por tanto, cuando se mezclan átomos de oxígeno en esas condiciones, de inmediato se combinan en pares. El oxígeno que se conoce está formado por dos átomos de oxígeno; es una molécula diatómica O2. Otros de moléculas diatómicas son: al hidrógeno, el nitrógeno, el flúor, el cloro, el bromo y el yodo.
Otros elementos existen como moléculas más complejas; por ejemplo el fósforo forma moléculas de cuatro átomos y el azufre moléculas de ocho átomos en condiciones de temperatura y presión normales. Las moléculas que contienen más de dos átomos se denominan moléculas poliatómicas.
Los átomos son los componentes de las moléculas, y estás a su vez son los componentes de los elementos y de la mayor parte de los compuestos. A simple vista es posible observar las muestras de compuestos y elementos, formadas por grandes números de átomos y moléculas. Con el microscopio electrónico es posible en la actualidad ver los átomos.
Partículas Fundamentales:
Las partículas fundamentales de un átomo son los bloques constituyentes básicos de cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia está formado principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y protones. El conocimiento de la naturaleza y la forma en que funcionan es fundamental para comprender las interacciones químicas.
La masa y las cargas de las tres partículas fundamentales se muestran en la siguiente tabla.
La masa del electrón es muy pequeña en comparación con la masa del protón o del neutrón. La carga del protón es de magnitud igual pero de signo opuesto a la carga del electrón. Procederemos a estudiar estas partículas con mayor detalle.
El Electrón:
El electrón, comúnmente representado como e− es una partícula subatómica. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto de protones y neutrones. Los electrones tienen la carga eléctrica más pequeña, y su movimiento genera corriente eléctrica. Dado que los electrones de las capas más externas de un átomo definen las atracciones con otros átomos, estas partículas juegan un papel primordial en la química.
Historia y descubrimiento del electrón
La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. Influenciado por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos.
Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón fue Thomson quién descubrió su caracter de partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.
George Paget Thomson, hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón probando la dualidad onda-corpúsculo postulada por la mecánica cuántica. Este descubrimento le valió el Premio Nobel de Física de 1937.
El spin del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern-Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro, y la corriente generada por su movimiento con un galvanómetro.
Los electrones y la práctica Propiedades y comportamiento de los electrones El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1.6 × 10−19 culombios y una masa de 9.10 × 10−31 kg (0.51 MeV/c2), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene un spin 1/2, lo que implica que es un fermión, es decir, que se le puede aplicar la estadística de Fermi-Dirac.
Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan independientemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. En algunos superconductores los electrones se mueven en pareja.
Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, este flujo se llama corriente eléctrica. La electricidad estática no es un flujo de electrones. Es más correcto definirla como "carga estática", y está causada por un cuerpo cuyos átomos tienen más o menos electrones de los necesarios para equilibrar las cargas positivas de los núcleos de sus átomos. Cuando hay un exceso de electrones, se dice que el cuerpo está cargado negativamente. Cuando hay menos electrones que protones el cuerpo está cargado positivamente.
Si el número total de protones y electrones es equivalente, el cuerpo está en un estado eléctricamente neutro. Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón.
El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial.
Sin embargo, en las cercanías de un electron pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea.
Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2.8179 × 10−15 metros. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos. Electrones en el Universo: Se cree que el número total de electrones que cabrían en el universo conocido es del orden de 10130.
Electrones en la vida cotidiana: La corriente eléctrica que suministra energía a nuestros hogares está originada por electrones en movimiento. El tubo de rayos catódicos de un televisor se basa en un haz de electrones en el vacío desviado mediante campos magnéticos que impacta en una pantalla fosforescente. Los semiconductores utilizados en dispositivos tales como los transistores Más información en: Electricidad Electrones en la industria: Los haces de electrones se utilizan en soldaduras. Electrones en el laboratorio: El microscopio electrónico, que utiliza haces de electrones en lugar de fotones, permite ampliar hasta 500.000 veces los objetos. Los efectos cuánticos del electrón son la base del microscopio de efecto túnel, que permite estudiar la materia a escala atómica.
El Protón:
Partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones. El núcleo del atómo de hidrógeno está formado por un único protón. La masa de un protón es de 1,6726 × 10-27 kg, aproximadamente 1.836 veces la del electrón. Por tanto, la masa de un átomo está concentrada casi exclusivamente en su núcleo. El protón tiene un momento angular intrínseco, o espín, y por tanto un momento magnético. Por otra parte, el protón cumple el principio de exclusión.
El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo, y determina de qué elemento se trata. En física nuclear, el protón se emplea como proyectil en grandes aceleradores para bombardear núcleos con el fin de producir partículas fundamentales. Como ion del hidrógeno, el protón desempeña un papel importante en la química.
El antiprotón, la antipartícula del protón, se conoce también como protón negativo. Se diferencia del protón en que su carga es negativa y en que no forma parte de los núcleos atómicos. El antiprotón es estable en el vacío y no se desintegra espontáneamente. Sin embargo, cuando un antiprotón colisiona con un protón, ambas partículas se transforman en mesones, cuya vida media es extremadamente breve. Si bien la existencia de esta partícula elemental se postuló por primera vez en la década de 1930, el antiprotón no se identificó hasta 1955, en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California.
Los protones son parte esencial de la materia ordinaria, y son estables a lo largo de periodos de miles de millones, incluso billones, de años. No obstante, interesa saber si los protones acaban desintegrándose, en una escala temporal de 1033 años o más. Este interés se deriva de los actuales intentos de lograr teorías de unificación que combinen las cuatro interacciones fundamentales de la materia en un único esquema.
Muchas de las teorías propuestas implican que el protón es, en último término, inestable, por lo que los grupos de investigación de numerosos aceleradores de partículas están llevando a cabo experimentos para detectar la desintegración de un protón. Hasta ahora no se han encontrado pruebas claras; los indicios observados pueden interpretarse de otras formas.
El Neutrón:
El Neutrón es una partícula eléctricamente neutra, de masa 1.838,4 veces mayor que la del electrón y 1,00014 veces la del protón; juntamente con los protones, los neutrones son los constitutivos fundamentales del núcleo atómico y se les considera como dos formas de una misma partícula: el nucleón.
La existencia de los neutrones fue descubierta en 1932 por Chadwick; estudiando la radiación emitida por el berilio bombardeado con partículas, demostró que estaba formada por partículas neutras de gran poder de penetración, las cuales tenían una masa algo superior a la del protón.
El número de neutrones en un núcleo estable es constante, pero un neutrón libre, en decir, fuera del núcleo, se desintegra con una vida media de unos 1000 segundos, dando lugar a un protón, un electrón y un neutrino.
En un núcleo estable, por el contrario, el electrón emitido no tiene la energía suficiente para vencer la atracción coulombiana del núcleo y los neutrones no se desintegran. La fuente de neutrones de mayor intensidad disponible hoy día es el reactor nuclear. El proceso fundamental que conduce a la producción de energía nuclear es la fisión de un núcleo de uranio originado por un neutrón: en la fisión el núcleo se escinde en dos partes y alrededor de tres neutrones por término medio (neutrones rápidos); los fragmentos resultantes de la escisión emiten, además otros neutrones.
Los neutrones como todas las radiaciones, producen daños directos, provocando reacciones nucleares y químicas en los materiales alcanzados. Una particularidad de los neutrones es la de producir en los materiales irradiados sustancias radioactivas de vida media muy larga. De ahí que los daños más graves producidos por las explosiones nucleares sean los provocados por neutrones en cuanto que las sustancias transformadas en radiactivas por su acción pueden ser asimiladas por organismos vivientes; pasado cierto tiempo, estas sustancias se desintegran y provocan en el organismo trastornos directos y mutaciones genéticas
Compuesto orgánicoomolécula orgánicaes un compuesto químico más conocido
comomicro
molécula o estitulaque
contienecarbono,
formandoenlaces carbono-carbonoycarbono-hidrógeno. En
muchos casos contienenoxígeno,nitrógeno,azufre,fósforo,boro,halógenosy otroselementosmenos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se denominan
moléculas orgánicas. Algunos compuestos del carbono,carburos,
loscarbonatosy losóxidosde carbono, no son moléculas orgánicas. La principal característica de
estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas (son compuestos
combustibles). La mayoría de los compuestos orgánicos se producen de forma
artificial mediantesíntesis químicaaunque algunos todavía se extraen de fuentes naturales.
Lasmoléculasorgánicas pueden ser de dos tipos:
·Moléculas
orgánicas naturales: son las sintetizadas por losseres vivos, y se llamanbiomoléculas,
las cuales son estudiadas por la bioquímicay lasderivadas del petróleocomo loshidrocarburos.
·Moléculas
orgánicas artificiales: son sustancias que no existen en la naturaleza y han
sido fabricadas osintetizadaspor el hombre, por ejemplo losplásticos.
La línea que divide las moléculas orgánicas de las inorgánicas ha originado
polémicas e históricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los
compuestos orgánicos tienen carbono conenlaces de hidrógeno, y
loscompuestos inorgánicos,
no. Así elácido carbónicoes inorgánico, mientras que elácido fórmico, el primerácido carboxilico, es
orgánico. Elanhídrido carbónicoy elmonóxido de carbono,
son compuestos inorgánicos.
Por lo tanto, todas las moléculas orgánicas contienen carbono, pero no
todas las moléculas que contienen carbono son moléculas orgánicas
Clasificación de
compuestos orgánicos
La clasificación de los compuestos
orgánicos puede realizarse de diversas maneras, atendiendo a su origen (naturalosintético), a su estructura
(p.ejm.: alifático o aromático), a su funcionalidad (p. ejm.:alcoholes o
cetonas), o a su peso molecular (p.ejem.: monómeros o polímeros).
Los compuestos orgánicos pueden
dividirse de manera muy general en:
La materia viva está formada por una serie de elementos químicos (átomos) que están en distintas proporciones. Los elementos que ocupan cerca del 98% de todo el organismo son el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Alrededor del 2% está representado por el calcio (Ca), sodio (Na), Cloro (Cl), potasio (K) y magnesio (Mg). En una proporción menor al 0,1% están el hierro (Fe), yodo (I), zinc (Zn) y cobre (Cu), entre otros. La unión de dos o más de los elementos químicos señalados da lugar a la formación de moléculas llamadas "compuestos químicos".
Estos compuestos químicos que forman la materia viva se clasifican en inorgánicos y en orgánicos.
Compuestos orgánicos
Los componentes orgánicos tienen una estructura más compleja. Son macromoléculas de alto peso molecular formadas mayormente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y en menor proporción por azufre, fósforo y otros elementos. Forman cadenas constituidas por enlaces de carbono muy estables. No son resistentes al calor. Tienen bajos puntos de ebullición y de fusión. Son ejemplos de compuestos orgánicos las proteínas los carbohidratos, los lípidos, los nucleótidos, y los ácidos nucleicos.Todos los organismos están constituidos por una combinación ordenada de compuestos inorgánicos y orgánicos. De esa forma, las pequeñas moléculas y las macromoléculas ejercen todos los procesos esenciales para la vida. La cantidad existente de compuestos orgánicos es muy superior a la cantidad de componentes inorgánicos.
Proteínas
Son moléculas muy grandes compuestas de largas cadenas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptícas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes se puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos. De hecho, cada especie animal o vegetal es capaz de sintetizar sus propias proteínas, diferentes de las de otras especies, e incluso dentro de cada especie cada individuo sintetiza las suyas propias.
Carbohidratos
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional aldehído. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía.
Lípidos
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría son biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en solventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética, la estructural y la reguladora.
Nucleótidos
Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacáridos de cinco carbonos, una base nitrogenada y un grupo fosfato. El nucleótido es la parte del nucleótido formado únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.
Ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes.
Compuestos inorgánicos
Se denomina compuesto químico inorgánico a todos aquellos compuestos que están formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal no siempre es el carbono, siendo el agua el más abundante. En los compuestos inorgánicos se podría decir que participan casi la totalidad de elementos conocidos.
El agua
El agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida.
Propiedades:
El agua por ser materia, pesa y ocupa un lugar en el espacio.
Está conformada por dos elementos: El hidrógeno (H) y el oxígeno (0)
La fórmula química del agua es H2O.
El agua se puede presentar en la naturaleza en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.
El agua pura no tiene olor, sabor ni color.
No tiene forma y toma la forma del recipiente que lo contiene.
El agua es buen disolvente de muchas sustancias.
Importancia:
Es un elemento mayoritario de todos los seres vivos (78%) indispensable en el desarrollo de la vida y el consumo humano y es un excelente disolvente, es una fuente de energía hidroeléctrica.
Es un medio de transporte (NAVEGACIÓN).
Erosiona las rosas descartando La corteza terrestre.
Contiene sales disueltas que es aprovechable para las plantas.
Las caídas de agua y el movimiento del mar son aprovechadas como energía
Los minerales
Son compuestos químicos formados por la unión de un hidróxido con un ácido. El sodio, el calcio y el hierro son algunos de los elementos que el organismo incorpora en forma de sales minerales, por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl) y el cloruro de calcio (CaCl2). El calcio es un componente fundamental de los huesos y dientes. El hierro es parte de la molécula de hemoglobina de los glóbulos rojos, encargada de transportar el oxígeno en la sangre.En los seres vivos, las sales minerales están en forma sólida (huesos), disueltas (disociadas en aniones y cationes) y asociadas a componentes orgánicos.
Sus funciones son:
- Formar estructuras duras y resistentes.
- Regular el equilibrio osmótico de las células.
Las enzimas
Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones bioquímicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible, pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
Importancia:
Elevada eficacia catalítica (aumentan millones de veces la velocidad de las reacciones químicas).
Las enzimas se recuperan en su estado inicial tras cada ciclo catalítico (degradador).
Son catalizadores específicos (tipo de reacción que catalizan y compuestos sobre los que pueden actuar).
La célula posee mecanismos para regular la actividad catalítica de muchas enzimas clave del metabolismo.
En definitiva las enzimas son componentes esenciales para la célula ya que permiten que tenga lugar las reacciones esenciales para su desarrollo y que dichas reacciones se llevan a cabo de forma ordenada, regulada y adaptada a las necesidades metabólicas del organismo.
Características:
Son proteínas que poseen un efecto catalizador al reducir la barrera energética de ciertas reacciones químicas.
Influyen sólo en la velocidad de reacción sin alterar el estado de equilibrio.
Actúan en pequeñas cantidades.
Forman un complejo reversible con el sustrato.
No se consumen en la reacción, pudiendo actuar una y otra vez.
Muestran especificidad por el sustrato.
Su producción está directamente controlada por genes.
Composición química y constitución:
Están compuestas de polímeros de los aminoácidos que actúan como catalizadores en el metabolismo de los seres vivos. Con su acción, regulan la velocidad de muchas reacciones químicas implicadas en este proceso.
Desde el punto de vista químico, las enzimas están formadas de carbono (C), Hidrógeno (H), oxigeno (O), Nitrógeno (Ni), y Azufre (S) combinados.
Solubilidad:
Son solubles en agua y se difunden bien en los líquidos orgánicos.
Especificidad:
Los enzimas son muy específicos, discriminando fácilmente entre sustratos con estructuras muy similares. Existen dos principios fundamentales que están interrelacionados y que proporcionan una explicación general de cómo funcionan los enzimas. Primero, el poder catalítico de los enzimas proviene en último término de la energía libre emitida al formarse los múltiples enlaces débiles e interacciones que se producen entre el enzima y el sustrato. Esta energía de fijación proporciona tanto especificidad como catálisis. Segundo, las interacciones débiles son óptimas en el estado de transición de la reacción; los sitios activos de los enzimas son complementarios no a los sustratos, si no a los estados de transición de las reacciones que catalizan.
Nomenclatura:
Antiguamente las enzimas fueron nombradas atendiendo al substrato sobre el que actuaban, añadiéndole el sufijo -asa o haciendo referencia a la reacción catalizada. Así tenemos que la ureasa, cataliza la hidrólisis de la urea; la amilasa, la hidrólisis del almidón; la lipasa, la hidrólisis de lípidos; la ADNasa, la hidrólisis del ADN; la ATPasa, la hidrólisis del ATP, etc.
Tipos de reacciones enzimáticas y características:
Existen tres tipos de reacciones enzimáticas:
1. Enzima soluble - Sustrato insoluble: es la que usa enzimas como propeasas o amilasas en detergentes de lavandería. Una vez en solución, la enzima soluble puede digerir un sustrato insoluble como por ejemplo una mancha de sangre.
2. Enzima insoluble - Sustrato soluble: son las que se desarrollan por acción de los grupos de enzima a las superficies sólidas en procesos continuos
3. Enzima soluble - Sustrato soluble: Son reacciones en fase liquida, es decir, son homogéneas.
Un sustrato es una molécula sobre la que actúa una enzima.En una reacción enzimática se une al sitio activo de la enzima, y se forma un complejo enzima-sustrato. El sustrato por acción de la enzima es transformado en producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro sustrato.
Mediante el incremento de la concentración de sustrato, la velocidad de la reacción aumentará debido al aumento de la probabilidad de formación de complejos enzima-sustrato. Esto ocurrirá hasta que no haya más enzimas disponibles para la formación de complejos enzima-sustrato, lo que corresponde a un punto en que la velocidad ya no aumenta. La concentración de enzimas constituye el factor limitante.
La característica más sobresaliente de las enzimas es su elevada especificidad. Esta es doble y explica que no se formen subproductos:
Especificidad de sustrato. El sustrato es la molécula sobre la que la enzima ejerce su acción catalítica.
Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por una enzima específica.
La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición.
El sustrato se une a la enzima a través de numerosas interacciones débiles como son: puentes de hidrógeno, electrostáticos, hidrófobos, etc., en un lugar específico, el centro activo. Este centro es una pequeña porción de la enzima, constituida por una serie de aminoácidos que interaccionan con el sustrato.
