Componentes Químicos de la Célula

Átomos

La partícula más pequeña de un elemento que mantiene sus

propiedades químicas.

Estructura: Un núcleo en la parte central. Denso con carga

positiva rodeado a cierta distancia por una nube de

electrones con carga negativa.

Atracción electrostática

Átomo (estructura)

Núcleo:

-Formado por dos tipos de partículas subatómicas

• protones (+)

• Neutrones (sin carga)

• El numero de protones presente en el núcleo del átomo determina su numero atómico.

Neutrones:

- Tienen la misma masa de los protones.

-Contribuyen a la estabilidad estructural del núcleo.

-No altera las propiedades químicas del átomo.

Protones:

-Partícula subatómica con carga positiva. El numero de protones determina su numero atómico.

Electrones:

- Partícula subatómica con carga negativa. Rodean al núcleo.

Molécula

Dos o mas elementos.

Las características dependen de los

átomos que contienen y del modo en que

estos átomos se unen entre si.

Es crucial conocer como se forman los

enlaces químicos que mantienen unidos a

los átomos en una molécula.

Los electrones mas externos determinan como interactúan los átomos.

• Los electrones estan en constante movimientoalrededor del nucleo. En esta escala sub-microscópica los movimientos obedecen a leyes distintas de las que conocemos en la vida diaria. Segun estas leyes, los electronessolo pueden existir en orbitas separadas quetienen un limite del numero de electrones quepueden ocupar una orbita (orbital electrónico).

Orbitales

• Los electrones que están mas cerca del núcleoson atraidos con mas fuerza hacia el y ocupanel orbital mas interno y mas fuertementeunido.

– Este (el primer orbital) puede contener hasta dos electrones.

– El segundo orbital esta mas alejado del núcleo y suselectrones están unidos con menor fuerza, y asísucesivamente.

– En las moléculas biologicas son muy pocofrecuentes los átomos con mas de cuatro orbitales.

La disposición de los electrones de un átomo esmas estable cuando los electrones se encuentranen los orbitales mas internos y mas cercanos al núcleo de carga positiva. Por eso, en la mayoríade los casos, los electrones de un átomo ocupanlos orbitales en orden:

1er orbital, 2do orbital, etc..

Un átomo que su orbita exterior este completamenteocupado por electrones es muy estable.

• Ejemplos:– El Helio: 2 electrones & num. atómico de 2.

(2+ + 2- = ninguna carga)

– El hidrogeno en cambio solo tiene un electrón y suorbital mas externo tiene la mitad del espacio vacío, y en consecuencia es altamente reactivo.

• Todos los demás átomos presentes en los tejidosvivos tienen orbitales electrónicos incompletos y pueden reaccionar entre si para formarmoléculas.

Un orbital electrónico incompleto es menos estable que un orbital completo. Por esto, los átomos cuyos orbitales externos están incompletos tienen una fuerte tendencia a interactuar con otros átomos y ganar o perder los electrones que sean necesarios para quedar con su orbital externa completo.

• Este intercambio de electrones puede ocurrir de dos maneras:

– por transferencia de electrones de un átomo a otro

– dos átomos comparten sus electrones.

• Estas dos estrategias general dos tipos de enlaces químicos

– Iónico: cuando un átomo cede electrones a otro.

– Covalente: cuando dos átomos comparten un par de electrones.

El numero de electrones que un átomo debe adquirir o perder para completar su orbital externo se conoce como valencia.

Enlaces Químicos

Enlaces iónicos: Están formados por átomos que tienen solo uno o

dos electrones en su orbital externo incompleto o a los que les falta

adquirir uno o dos electrones para completar su orbital externo.

-Cuando un electrón salta del Na al Cl ambos átomos se convierten

en iones con carga eléctrica.

El átomo que ha perdido un electrón tiene ahora uno menos que la

cantidad de protones que tiene el núcleo, haciendo su carga

positiva (+).

El átomo que ha ganado un electrón tiene ahora mas electrones que

protones, convirtiendo su carga en negativa (-).

COMO tienen cargas opuestas, los dos átomos se atraen entre si y

se mantienen unidos por medio de un enlace iónico.

Enlaces covalentes:

Una molécula es una agrupación de átomos que se mantienen unidos por enlaces covalentes en los que los átomos comparten electrones y no hay transferencia de electrones de un átomo al otro.

Los electrones compartidos forman una nube de carga negativa que es mas densa entre los dos núcleos de carga positiva. Esto contrarresta el rechazo mutuo entre las cargas iguales que alejaría a los átomos.

Los enlaces covalentes entre múltiples átomos se caracterizan por ángulos de enlace específicos así como por longitudes y energías de enlace también específicos.

-La fuerza del enlace se mide por la

cantidad de energía que se debe utilizar

para romper el enlace.

Existen distintos tipos de enlaces covalentes• Enlaces simples: cada átomo cede un electrón y dos átomos

comparten dos electrones.– Un enlace covalente simple entre dos átomos por lo general permite la

rotación de una parte de la molécula en relación con la otra alrededor del eje de unión.

• Enlace doble: son mas cortos y mas fuertes que los enlaces simples y tienen un efecto característico sobre la geometría tridimensional de las moléculas que los contienen. – Un enlace doble impide rotación y eso genera una disposición mas

rígida y menos flexible de los átomos.

• Algunas moléculas contienen átomos que comparten electrones de manera que producen enlaces de tipo intermedio entre el enlace simple y el enlace doble. – Ej.) La molécula de benceno, que es muy estable, esta compuesta por

un anillo de seis átomos de carbono en el cual los electrones que conforman los enlaces se distribuyen de manera equitativa entre todos los átomos del anillo.

• Estructura polar: es una estructura en la cual la carga positiva se concentra en un extremo de la molécula (el polo positivo) y la carga negativa se concentra en el otro extremo (el polo negativo).

Enlace simpleEnlace doble

INTRODUCCIÓN A LAS BIOMOLECULAS

• Son las moléculas más importantes que constituyen a los seres vivos. Las 4 biomoleculasmas abundantes son el Carbono, el Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno, Fosforo y Azufre (CHONPS), y representa el 96.5% de la masa de la mayoría de las células.

• Las biomoleculas se dividen en orgánicas e inorgánicas:– Orgánicas: Sintetizadas solamente por los seres vivos y

tienen su estructura a base de carbono.

Existen 4 familias principales de pequeñas moléculas orgánicas en la célula. Son la forma primaria de almacenamiento y consumo de energía.

• Azúcares: Son fuente de energía para las células y las subunidades de los polisacáridos. También se denominan hidratos de carbono ya que constan de átomos de carbono unidos con otros grupos funcionales químicos.

• A través de una serie de reacciones puede liberar energía que la célula puede aprovechar para realizar trabajo útil. Son subunidades de los polisacáridos.

• Ácidos grasos: Se encuentra en el citoplasma de muchas células en formas de gotas de triacilglicerol, la función más importante de los ácidos grasos es que son componentes de la membrana celular, están conformados por un componente hidrófilo y un componente hidrófobo. Sirven como reserva concentrada de alimento.

• Aminoácidos: Son las subunidades de las proteínas, son fabricadas por el propio cuerpo, las células construyen proteínas a partir de los aminoácidos (20).

• Nucleótidos: Son subunidades del DNA y del RNA, la función principal de los nucleótidos en la célula es almacenar y liberar información biológica.

• Inorgánicas: Su componente principal no siempre es el carbono, siendo el agua el más abundante.

• Agua: Es la biomolecula mas abundante en los seres vivos:– Disolvente– Medio de transporte– Lubricante– Función termorreguladora– Función estructural

• Es formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. • Sales Minerales: se encuentran en concentraciones bajas

pero son imprescindibles, se pueden dividir en según su función en dos grupos reguladoras:

• Funcionales: Intervienen en la transmisión de impulsos nervioso, contracción muscular, equilibrio iónico,

• Estructurales: forma parte de los huesos y/o caparazones.

EL MEDIO ACUOSO COMO MATRIZ DE LA VIDA

• El agua representa cerca del 70% del peso de la célula y la mayor parte de las reacciones intracelulares ocurren en un medio acuoso. El agua resulta ser esencial para toda la vida en la Tierra. Todos los organismos vivientes (vegetales, animales, y seres humanos) que habitan el planeta están formados por una cierta proporción o porcentaje de agua.

• En cada molécula de agua (H2O) los dos átomos de H están unidos al átomo de oxigeno (O) por enlaces covalentes. Los dos enlaces son altamente polares por que el O atrae con mayor fuerza a los electrones mientras que el H los atrae solo débilmente.

• Cuando una región con carga positiva (uno de los átomos de H) de una molécula de agua se acerca a una región con carga negativa (O) de otra molécula la atracción eléctrica entre ellas puede establecer un enlace débil que se denomina enlace de hidrogeno.

• Las moléculas que contienen enlaces polaresque pueden formar enlaces de hidrogeno se mezclan bien con el agua. Las moléculas que tienen cargas positivas o negativas (iones) se disuelven con facilidad en el agua. Estas moléculas se denominan hidrófilas, lo que significa que tienen afinidad por el agua. – Una gran proporción del medio acuoso de la célula

pertenecen a esta categoría que incluye:• los azucares

• el DNA

• RNA

• La mayor parte de las proteínas

Las moléculas hidrófobas: no tienen carga y forman muy pocos o ningún enlace de hidrogeno de modo que no se disuelven en agua.

– Los hidrocarburos representan un importante ejemplo de componentes celulares hidrófobos. En estas moléculas, los átomos de H se unen a los átomos de C por medio de enlaces covalentes no polares. Por este motivo los hidrocarburos son muy hidrófobos, propiedad que es aprovechada por las células para formar membranas que están compuestas por largas colas de hidrocarburos. Debido a que no se disuelven en agua, los hidrocarburos hidrófobos pueden formar las delgadas barreras que separan el interior acuoso de la célula del medio externo. Así reteniendo solamente el agua suficiente en su interior.

– Los procesos químicos y físicos de la vida requieren que las moléculas puedan desplazarse en los procesos del metabolismo y de la síntesis. Un liquido permite una movilidad molecular.