bioquímica atomos, enlaces entre moleculas, propiedades del agua
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BIOQUIMICABIOQUIMICA
Las actividades de y en las células Las actividades de y en las células son:son:
MovimientosMovimientos de átomos en de átomos en las moléculas que las formanlas moléculas que las forman
ATOMOSATOMOSLa materia –seres vivos inclusive- está La materia –seres vivos inclusive- está constituida por elementosconstituida por elementos
Los elementos son por definición, Los elementos son por definición, sustancias que no pueden ser sustancias que no pueden ser desintegradasdesintegradas
La partícula más pequeña de un elemento La partícula más pequeña de un elemento es el átomoes el átomo
Hay 109 elementosHay 109 elementos– Se suele trabajar con unos 40 !Se suele trabajar con unos 40 !
Cada elemento se nombra con un símboloCada elemento se nombra con un símbolo
Cada elemento tiene su Cada elemento tiene su número atómico número atómico y su peso atómicoy su peso atómico
Todos los elementos se muestran en la Todos los elementos se muestran en la tabla periódicatabla periódica
En la tabla periódica los elementos se En la tabla periódica los elementos se ordenan por su nuúmero atómico, en ordenan por su nuúmero atómico, en orden creciente.orden creciente.
Los elementos con características Los elementos con características químicas comunes aparecen en la misma químicas comunes aparecen en la misma columnacolumna
El comportamiento de una El comportamiento de una sustancia se puede deducir de sustancia se puede deducir de sustancias similaressustancias similares
Peso AtomicoPeso Atomico: se refiere a pesos : se refiere a pesos relativos en las reacciones químicasrelativos en las reacciones químicas– En un inicio se calcularon en relación al peso En un inicio se calcularon en relación al peso
del hidrógeno: todos los demás elementos del hidrógeno: todos los demás elementos serían múltiplos del hidrógeno (=1)serían múltiplos del hidrógeno (=1)
Los químicos adoptaron valores Los químicos adoptaron valores estándares en relación al átomo de estándares en relación al átomo de Carbono ( = 12 unidades atómicas de Carbono ( = 12 unidades atómicas de peso)peso)
En la tabla periódica el peso atómico está, En la tabla periódica el peso atómico está, debajo del símbolodebajo del símbolo
En la En la tabla periódicatabla periódica se puede observar se puede observar un patrón de las propiedades de los un patrón de las propiedades de los elementos:elementos:
Más livianos no metales
metales
grupo
Los átomos se combinan en proporciones Los átomos se combinan en proporciones de números de números enterosenteros para formar para formar
compuestos: compuestos: HH22OOLas reacciones químicas se describen Las reacciones químicas se describen usando ecuaciones químicas:usando ecuaciones químicas:
– 2H2H2 2 (g) + O(g) + O22 (g) 2H (g) 2H22O (l)O (l)
Una sustancia que contiene átomos de Una sustancia que contiene átomos de distintos elementos en proporción definida distintos elementos en proporción definida es un compuestoes un compuesto– La “composición” de un compuesto se ve en La “composición” de un compuesto se ve en
su fórmula químicasu fórmula química
Si los átomos están enlazados Si los átomos están enlazados fuertemente y físicamente se comportan fuertemente y físicamente se comportan como una unidad, como una unidad, esta unidad se llama esta unidad se llama molécula.molécula.
MOLMOL
En un laboratorio, se trabaja con En un laboratorio, se trabaja con cantidades más grandes que un átomocantidades más grandes que un átomoUna cantidad estándar es el mol:Una cantidad estándar es el mol:– Cantidad de una sustancia que es igual –Cantidad de una sustancia que es igual –en en
gramos-gramos- a la suma de los pesos atómicos a la suma de los pesos atómicosMOL es una abreviación de peso molecular.MOL es una abreviación de peso molecular.
C + OC + O22 CO CO22
1mol 1mol de O 1 mol de dióxido de 1mol 1mol de O 1 mol de dióxido de carbonocarbono
molecularmolecular12.01 g 32.00 g 44.0112.01 g 32.00 g 44.01
Para los sólidos, líquidos y gases: se Para los sólidos, líquidos y gases: se puede convertir peso a moles (o moles a puede convertir peso a moles (o moles a peso)peso)Para las sustancias que no forman Para las sustancias que no forman moléculas se habla de moléculas se habla de peso en gramos peso en gramos de la fórmulade la fórmula– Ej: NaCl
Pero por facilidad, se habla de mol para describir cantidades en los 2 casos.
Estructura del AtomoEstructura del Atomo
Los pesos atómicos se explicaron cuando Los pesos atómicos se explicaron cuando los físicos rompieron los átomos y los físicos rompieron los átomos y encontraron tres partículas que los encontraron tres partículas que los componían:componían:– En un región nuclear densa: PROTONES En un región nuclear densa: PROTONES
cargados positivamentecargados positivamenteCada elemento tiene un número específico de Cada elemento tiene un número específico de protonesprotones
– El número atómico es el número de El número atómico es el número de protonesprotones
A más de los protones, todos los átomos - A más de los protones, todos los átomos - excepto el Hídrógeno – tienen partículas excepto el Hídrógeno – tienen partículas neutras: NEUTRONES neutras: NEUTRONES
El número de protones y neutrones en el El número de protones y neutrones en el núcleo es igual (para los elementos más núcleo es igual (para los elementos más livianos)livianos)
Si se Si se redondea los pesos atómicosredondea los pesos atómicos, estos , estos coinciden con la suma de los electrones y coinciden con la suma de los electrones y protonesprotones
La suma de los protones y neutrones es el La suma de los protones y neutrones es el
número de masa número de masa y se lo suele y se lo suele colocar como un numero a la izquierda:colocar como un numero a la izquierda:
ClCl35
IsótoposIsótopos
Los protones en un átomo son constantes, Los protones en un átomo son constantes, pero puede variar el número de neutronespero puede variar el número de neutronesLos átomos que difieren por sus pesos Los átomos que difieren por sus pesos atómicos pero no por su número atómico atómicos pero no por su número atómico se llaman isótoposse llaman isótoposQuímicamente, el comportamiento de los Químicamente, el comportamiento de los isótopos de un mismo elemento es igual isótopos de un mismo elemento es igual porque tienen el mismo número de porque tienen el mismo número de electroneselectrones
IONESIONES
En el átomo hay tres partículas, y una de En el átomo hay tres partículas, y una de ellas es negativaellas es negativaEstas partículas de muy poca masa están Estas partículas de muy poca masa están presentes formando una “nube” alrededor presentes formando una “nube” alrededor del núcleodel núcleoUn átomo neutro tiene el mismo número Un átomo neutro tiene el mismo número de protones y electronesde protones y electronesLos átomos que tienen un desequilibrio de Los átomos que tienen un desequilibrio de carga se llaman ionescarga se llaman iones
El comportamiento de El comportamiento de muchos elementos está muchos elementos está influenciado por la carga influenciado por la carga de su ión, más que por de su ión, más que por cualquier otra propiedadcualquier otra propiedad
En la tabla periódica los elementos En la tabla periódica los elementos de la misma columna forman de la misma columna forman compuestos análogos porque sus compuestos análogos porque sus iones tienen la misma carga.iones tienen la misma carga.– Los halógenos tienden a ganar una Los halógenos tienden a ganar una
carga: -1carga: -1
– Los metales alcalinos a perder una Los metales alcalinos a perder una carga: +1carga: +1
En un compuesto las cargas se En un compuesto las cargas se equilibran si los iones + y – se equilibran si los iones + y – se equilibran: NaClequilibran: NaCl
ElectronesElectrones
Se ubican alrededor del núcleo en nivelesSe ubican alrededor del núcleo en niveles
Los de menor energía están cerca del Los de menor energía están cerca del núcleo, los de mayor energía en las zonas núcleo, los de mayor energía en las zonas o niveles más alejadaso niveles más alejadas
Los electrones de la capa más alejada: Los electrones de la capa más alejada: son los electrones de valencia y son los electrones de valencia y determinan la química del elementodeterminan la química del elemento
Los átomos se pueden unir.Los átomos se pueden unir.
Pares de átomos: Pares de átomos: COMPARTEN electroneselectrones
Pares de átomos: Pares de átomos: TRANSFIEREN sus electronesTRANSFIEREN sus electrones
Principio: átomo es más estable Principio: átomo es más estable si la capa externa de electrones si la capa externa de electrones está completaestá completa
ENLACES IONICOSENLACES IONICOS
ENLACES COVALENTESENLACES COVALENTES
MOLECULAS MOLECULAS POLARESPOLARES
Y Y NO POLARESNO POLARES
En el agua, el oxígeno atrae a los En el agua, el oxígeno atrae a los electrones con más fuerza que el electrones con más fuerza que el hidrógeno:hidrógeno:
– El enlace está POLARIZADO:El enlace está POLARIZADO:
Un átomo tiene carga parcial negativa Un átomo tiene carga parcial negativa y el otro positivay el otro positiva
O
H H
+ +
Esta es una molécula polar: molécula con distribución asimétrica de las cargas.
Las moléculas que tienen ENLACES NO Las moléculas que tienen ENLACES NO POLARIZADOS como los de Carbono e POLARIZADOS como los de Carbono e Hidrógeno se dice que son: NO Hidrógeno se dice que son: NO POLARESPOLARES
Estas moléculas son inertes Estas moléculas son inertes no no reaccionanreaccionan– Ejemplo: las grasasEjemplo: las grasas
ENLACES NO ENLACES NO COVALENTESCOVALENTES
Son uniones más débilesSon uniones más débiles
Ocurren Ocurren entre las moléculaslas moléculas– Los enlaces covalentes ocurren entre Los enlaces covalentes ocurren entre
átomosátomos de una molécula de una molécula
No dependen de electrones compartidos sino de fuerzas de atracción entre regiones con carga eléctrica diferente– De la misma molécula o de dos moléculas
cercanas.
La energía necesaria para romper La energía necesaria para romper estos enlaces es baja (1-5 estos enlaces es baja (1-5 kilocalorías por mol)kilocalorías por mol)
Se rompen y se forman Se rompen y se forman nuevamente con mucha facilidadnuevamente con mucha facilidad
Tipos de enlaces no Tipos de enlaces no covalentescovalentes
ENLACES DE HIDROGENOENLACES DE HIDROGENO
En la unión de HIDROGENO con un En la unión de HIDROGENO con un átomo electronegativo:átomo electronegativo:– OXIGENOOXIGENO– NITROGENONITROGENO
Los electrones (2) compartidos se Los electrones (2) compartidos se desplazan mucho hacia el átomo desplazan mucho hacia el átomo electronegativoelectronegativo
Entre la mayor parte de Entre la mayor parte de moléculas polares se forman moléculas polares se forman enlaces de hidrógenoenlaces de hidrógeno
Puente (enlace de hidrógeno)
INTERACCIONES INTERACCIONES HIDROFOBICASHIDROFOBICAS
Las moléculas polares pueden interactuar Las moléculas polares pueden interactuar con el aguacon el agua
Las moléculas no polares son Las moléculas no polares son INSOLUBLES en el agua debido a: ?INSOLUBLES en el agua debido a: ?
Solubles en el agua: HIDROFILICASSolubles en el agua: HIDROFILICAS– AminoácidosAminoácidos– AzúcaresAzúcares
Insolubles en el agua: HIDROFÓBICASInsolubles en el agua: HIDROFÓBICAS
Cuando moléculas hidrofóbicas se Cuando moléculas hidrofóbicas se mezclan con agua:mezclan con agua:– Se ven obligadas a “reunirse” (formar Se ven obligadas a “reunirse” (formar
agregados) para tener la mínima superficie agregados) para tener la mínima superficie expuesta a las moléculas polares vecinasexpuesta a las moléculas polares vecinas
– Esta reunión o agrupamiento de moléculas no Esta reunión o agrupamiento de moléculas no polares se llama INTERACCION polares se llama INTERACCION HIDROFOBICAHIDROFOBICA
Esta interacción Esta interacción no se considera un no se considera un enlaceenlace puesto que no hay atracción entre puesto que no hay atracción entre las moléculas.las moléculas.
FUERZAS DE VAN DER FUERZAS DE VAN DER WAALSWAALS
Los grupos hidrofóbicos Los grupos hidrofóbicos sísí pueden formar pueden formar enlaces –débiles- por atracción enlaces –débiles- por atracción electrostáticaelectrostática
En una molécula NO polar se puede En una molécula NO polar se puede observar que los electrones no siempre observar que los electrones no siempre están distribuidos simétricamente.están distribuidos simétricamente.
Hay instantes en que la DENSIDAD de Hay instantes en que la DENSIDAD de electrones puede ser mayor en un lado del electrones puede ser mayor en un lado del átomoátomo
Esta “asimetría transitoria” en la Esta “asimetría transitoria” en la distribución de electrones genera la distribución de electrones genera la separación de cargas (separación de cargas (dipolosdipolos) en la ) en la moléculamolécula
Si dos moléculas con dipolos transitorios Si dos moléculas con dipolos transitorios se encuentran cerca, se pueden generar se encuentran cerca, se pueden generar FUERZAS DE ATRACCIÓN FUERZAS DE ATRACCIÓN
Esta atracción es un enlace van der Waals Esta atracción es un enlace van der Waals
Es muy débil:Es muy débil:– 1Kcal/mol1Kcal/mol
Además es muy sensible a la distancia Además es muy sensible a la distancia entre los átomosentre los átomos
Pero es una fuerza importante en la Pero es una fuerza importante en la interacción de moléculas biológicasinteracción de moléculas biológicas
Propiedades del Propiedades del aguaagua
Entre las moléculas que Entre las moléculas que componen los seres vivos, componen los seres vivos, la más abundante: el aguala más abundante: el agua–Entre el 50% y 95 % del peso Entre el 50% y 95 % del peso
de cualquier sistema vivode cualquier sistema vivo–Además el líquido más Además el líquido más
abundante: cubre ¾ partes abundante: cubre ¾ partes de la Tierrade la Tierra
El agua es “bastante El agua es “bastante extraordinaria”: extraordinaria”: –por sus propiedades físicas y por sus propiedades físicas y
químicasquímicas–Por ser el solvente de los Por ser el solvente de los
componentes celularescomponentes celularesInfluye en la organización y Influye en la organización y disposición espacial de todas disposición espacial de todas las otras moléculas biológicaslas otras moléculas biológicas
Consideremos su estructura Consideremos su estructura molecularmolecular
En Cada molécula: En Cada molécula: – un átomo de oxígenoun átomo de oxígeno– 2 átomos de hidrógeno2 átomos de hidrógeno– Cada átomo de hidrógeno se une al Cada átomo de hidrógeno se une al
oxígeno por un enlace covalenteoxígeno por un enlace covalente
La molécula de agua tiene carga neutra:La molécula de agua tiene carga neutra:– Tiene igual número de electrones y Tiene igual número de electrones y
protonesprotones– Pero es una molécula POLARPero es una molécula POLAR
Un tetraedro, con el oxígeno en el centro
El oxígeno cargado negativamente, despoja al Hidrógeno de sus electrones (33% de carácter iónico)
Los hidrógenos tienen predominio de cargas positivas
La molécula se convierte en un dipolo
Cuando una región cargada de una molécula se aproxima a una región de carga de otra molécula se forma un enlace: puente de hidrógeno
El agua es la molécula con más capacidad para formar puentes de hidrógeno
El enlace covalente tiene 20 veces más energía que el puente de hidrógeno
Un puente de hidrógeno dura Un puente de hidrógeno dura 0,000000000001 segundo0,000000000001 segundo
Si se rompe uno se forma otroSi se rompe uno se forma otro
Pero el conjunto de puentes hace Pero el conjunto de puentes hace que una molécula de agua esté que una molécula de agua esté muy aferrada a otra y formen un muy aferrada a otra y formen un líquidolíquido
Las propiedades del agua están Las propiedades del agua están dadas por estos puentes de dadas por estos puentes de hidrógenohidrógeno
TENSIÓN SUPERFICIALTENSIÓN SUPERFICIAL
Al caer una gota parece que está Al caer una gota parece que está unida por un hilo del borde, si se cae unida por un hilo del borde, si se cae la gota forma una esferala gota forma una esfera
Los insectos pueden caminar sobre el Los insectos pueden caminar sobre el aguaagua
Esto depende de la tensión Esto depende de la tensión superficialsuperficial
La tensión superficial depende de la La tensión superficial depende de la COHESIÓN entre las moléculas de aguaCOHESIÓN entre las moléculas de agua– Diferenciar adhesiónDiferenciar adhesión
La tensión superficial es la fuerza de La tensión superficial es la fuerza de atracción que sufren las moléculas hacia el atracción que sufren las moléculas hacia el centro del líquidocentro del líquido– En las moléculas de la superficie, predomina En las moléculas de la superficie, predomina
esta atracción hacia el centroesta atracción hacia el centro
Solo hay un líquido con mayor tensión Solo hay un líquido con mayor tensión superficial que el agua: el mercuriosuperficial que el agua: el mercurio
Pero el agua, por sus cargas positivas o Pero el agua, por sus cargas positivas o negativas se puede unir a otras negativas se puede unir a otras superficies con carga eléctrica: superficies con carga eléctrica: “capacidad de mojar o humectante”“capacidad de mojar o humectante”
Esta sería otra fuerza, que influye en la Esta sería otra fuerza, que influye en la tensión superficial:tensión superficial:– Además debemos considerar:Además debemos considerar:
La adhesividad del agua (unión con otra La adhesividad del agua (unión con otra superficie)superficie)
La viscosidad (inverso de la velocidad de flujo)La viscosidad (inverso de la velocidad de flujo)
