Átomos y moléculas - Javier Mendez

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Átomos y moléculas
1. Subatómico: Cada nivel de organización provee las bases para el siguiente nivel superior y a su vez posee propiedades inclusivas
2. Átomos: Las partículas más pequeñas de un elemento que retienen las propiedades de dicho elemento 
3. Molecular: combinación de átomos
4. Organelos: Componentes funcionales presentes en las células
5. Célula: unidad básica de la vida
6. Tejido: Grupo de células similares que cumplen una función específica
7. Órganos: Compuestos de uno o varios tipos de tejidos que forman una unidad funcional
8. Sistema de órganos: Dos o más órganos ejecutando una función del individuo
9. Organismo: Un individuo compuesto de muchas células y tejidos
Niveles de organización biológica
1. Población: Todos los	miembros de	una especie viviendo en la misma área
2. Comunidad: Poblaciones de diferentes especies que viven en la misma área e interactúan entre ellas
3. Ecosistema: Una	comunidad	junto	con	sus elementos no vivos que los rodea
4. Especie: Organismos que son suficientemente similares como para entrecruzarse
5. Biosfera: Toda la vida en la tierra, incluyendo múltiples ecosistemas y partes no vivas que soportan la vida.
Definición de átomos y moléculas
· Átomo: El átomo es la unidad más pequeña de la materia que tiene propiedades de un elemento químico. Forman la materia
Cada átomo consta: 
· Núcleo central: protones (+) y neutrones (neutros)
· Electrones: partículas negativas ligeras que forman órbitas alrededor del núcleo.
Todos los organismos están formados por materia (todo lo que ocupa un lugar y tiene masa).
La materia tiene infinidad de formas.
· Moléculas: La molécula es un grupo eléctricamente neutro y suficientemente estable de al menos dos átomos en una configuración definida, unidos por enlaces químicos fuertes.
· Materia: La materia está compuesta por moléculas, siendo la molécula la parte más pequeña en la que se puede dividir una sustancia sin perder su naturaleza y propiedades. Es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa,
· Elemento: Materia con determinadas propiedades. No pueden fraccionarse por métodos químicos ya que pierden las características.
¿Necesitamos 92 elementos para vivir?
· No.
· Para existir, requerimos de los elementos esenciales, cuyo número varía dependiendo de la especie. Los seres humanos requerimos de alrededor de 25 elementos, las plantas de 17.
· Cuatro elementos: Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O) y Nitrógeno (N) componen el 96% de la materia viviente.
· Además, requerimos de elementos traza (sólo pequeñas cantidades), como el Hierro (Fe) que es necesario para todas las especies.
Interacción de átomos para formar moléculas
· Los átomos se combinan químicamente entre sí para formar enlaces (ganando, perdiendo o compartiendo electrones).
· Cuando se combinan en esta forma los átomos originan una:
Molécula
Ejemplo:	H2S --> sulfuro de hidrógeno
· Un ion es un átomo o molécula que tiene una carga eléctrica neta.
· Se denomina catión un ion con carga eléctrica positiva, y anión un ion con carga eléctrica negativa
Los radicales libres reaccionan fuertemente y pueden dañar las células
· Los radicales libres son átomo o moléculas inestables que se producen por reacciones químicas. Tienen en su capa externa electrones sin par.
· Se producen como resultado de las reacciones biológicas que se producen en las células.
· Los radicales libres reaccionan con moléculas biológicas importantes, como el ADN, y las destruyen.
· Los antioxidantes protegen de los daños que causan los radicales libres
Enlaces químicos
Hay tres tipos básicos de	enlaces químicos: iónicos, covalentes y de hidrógeno
2.3. Moléculas inorgánicas: minerales,
Agua
Tipos de moléculas
· Inorgánicas
· Orgánicas
Sales minerales: 
· Las	 sales	minerales	son	moléculas inorgánicas principalmente iónicas.
· En	los	seres vivos pueden aparecer como
1) sales precipitadas,
2) Ionizadas o
3) Asociadas a moléculas orgánicas.
· Las sales precipitadas las encontramos formando estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén.
· También aparecen disueltas en agua disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica.
Ej cationes: Na+ , K+ , Mg2+, Ca2+ y amonio (NH4+ )
· Un tercer grupo de sustancias minerales se encuentran asociadas a sustancias orgánicas, pueden hallarse unidas a proteínas u otras biomoléculas.
Algunos iones como Mn2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+, etc., son esenciales para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas.
Funciones de los minerales en los seres vivosCa
P
Mg
F
· Mantienen la presión osmótica
· Constituyentes esenciales en las hormonas
· Componentes estructurales en esqueletos y exoesqueletos
· Intervienen en la excitación nerviosa y actividad muscularFe
 
Moléculas inorgánicas: minerales, agua,
El agua: Es probable que la vida haya surgido en las aguas de la Tierra primitiva. El agua suma de 60 a 90% del peso corporal de la mayoría de los organismos. ¿Qué tiene de especial?
La estructura de la molécula de agua
· Dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O).
· Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido a un átomo de oxígeno por un enlace covalente.
La estructura del Agua
· La molécula de agua posee carga neutra y es polar.
· El núcleo de oxígeno “arrastra” electrones fuera del núcleo de hidrógeno, dejando estos núcleos con una pequeña carga positiva neta.
· Los hidrógenos y el oxígeno se unen por enlaces covalentes.
Unión de las moléculas de agua
· Las moléculas de agua se unen por Puentes o enlaces de hidrógeno.
· Cuando una región de carga parcial positiva de una molécula de agua se aproxima a una región de carga parcial negativa de otra molécula de agua, 
· Ellos pueden formarse solamente entre cualquier átomo de H que esté unido covalentemente a un átomo que posee fuerte atracción por los electrones (generalmente el O o el N)
¿Por qué el agua es importante para la vida?
Características del agua
· Las moléculas de agua se atraen entre sí. Los tipos de enlaces en el agua, confiere propiedades únicas como la cohesión y la adhesión.
· El agua interactúa con muchas otras moléculas. Solvente universal – disuelve iones y sustancias polares. Moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas
· Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas o neutras
· El agua modera los efectos de los cambios de temperatura. Se requiere de mucha energía para evaporar el agua. Calor específico y calor de vaporación.
· El agua forma un sólido singular: el hielo. A diferencia de otros líquidos, el agua se vuelve menos densa al congelarse.
1 Las moléculas de agua se atraen entre sí
· Debido a los enlaces de hidrógeno las moléculas de agua se forman y separan fácilmente y a eso se debe que el agua fluya.
· Dos características importantes: cohesión y adhesión.
Cohesión
· La cohesión es la unión de moléculas de la misma sustancia.
· Tensión superficial: la resistencia de la superficie del agua a romperse. Es una consecuencia de la cohesión.
Adhesión
La adhesión es la unión de moléculas de sustancias distintas. 
La acción capilar o capilaridad es la combinación de la cohesión y la adhesión que hacen que el agua ascienda entre dos láminas, por tubos muy finos, en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeños espacios entre las partículas del suelo.
2El agua interactúa con muchas otras moléculas
· Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa.
· La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua.
El agua como solvente
· Moléculas hidrofílicas. Polares que se disuelven rápidamente en agua.
· Muchas de las moléculas unidas covalentemente que son importantes en sistemas vivos (glucosa), tienen regiones de carga parcial + o -Moléculas hidrofóbicas. Carecen de regiones polares (grasas), tienden a ser muy insolubles en agua.
3 las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas o neutras
4El agua modera los efectos de los
Calor específico
· El agua tieneun alto calor específico debido a los puentes de hidrógeno.
· Calor específico: cantidad de calor que debe absorberse o perderse para que un gramo de sustancia cambie su temperatura 1°C
Calor vaporación
El agua tiene un alto calor de vaporización.
· En su punto de ebullición (100 ºC), se necesitan 540 calorías para convertir un gramo de agua líquida en vapor.
· Para	que	una	molécula de agua se evapore, deben romperse los puentes de H. Esto requiere energía térmica.
El agua forma un sólido singular: el hielo
· La densidad	del	agua	aumenta	a	medida	que	la temperatura cae, hasta que se acerca a los 4ºC. 
· Luego, las moléculas de agua se aproximan y se mueven lentamente, formando puentes de H simultáneamente con otras cuatro moléculas.
· Cuando la temperatura cae por debajo de los 4°C, las moléculas deben separarse ligeramente para mantener el máximo número de puentes de hidrógeno en una estructura estable.
A 0°C, el punto de congelación del agua, se crea un retículo abierto, que es la estructura más estable de un cristal de hielo.
Así, el agua en estado sólido ocupa más volumen que el agua en estado líquido.
–	El hielo es menos denso que el agua líquida y, por lo tanto, flota en ella
Agua líquida y agua sólida
· Agua líquida: las moléculas se mueven constantemente, los enlaces de hidrógeno se separan y vuelven a unir
· Agua sólida: las moléculas se "separan". Se forman enlaces estables con otras cuatro moléculas y forman una disposición abierta hexagonal.
¿A qué nos referimos cuando decimos orgánico?
· Compuesto químico a base de Carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno.
· Los seres vivos somos capaces de usar o sintetizar moléculas orgánicas.
· A diferencia de las moléculas inorgánicas, las moléculas orgánicas son más diversas y complejas.
¿Por qué es importante el carbono en las moléculas biológicas?
· Las moléculas orgánicas tienen un esqueleto de carbono unido con átomos de hidrógeno.
· El versátil átomo de carbono es la clave de la enorme variedad de moléculas orgánicas que hacen posible la vida en la Tierra.
· Un átomo de carbono tiene 4 electrones en su capa más externa, en la cual caben 8.
· Por ello se estabiliza compartiendo 4 electrones con otros átomos para formar hasta 4 enlaces covalentes sencillos o un número menor de enlaces covalentes dobles o triples  ¡versatilidad!
· Esto da lugar a formas complejas como cadenas, ramificaciones y anillos.
Grupos funcionales unidos al Carbono y sus propiedades
	Propiedad y se encuentra en
	Carbonilo
	-CO
	Polar. Forma parte de moléculas hidrofílicas. Azúcares, algunas hormonas, algunas vitaminas
	Hidroxilo
	-OH
	Polar. Azúcares, almidón, ácidos nucleicos, alcoholes,
algunos ácidos y esteroides
	Carboxilo
	-COOH
	Ácido. Participa en los enlaces peptídicos. Aminoácidos, ácidos grasos
	Amino
	-NH2
	Base. Participa en los enlaces peptídicos. Aminoácidos, ácidos nucleicos
	Fosfato
	-H2PO4
	Ácido. enlaza nucleótidos en ácidos nucleicos; grupo que transporta energía en el ATP. Ácidos nucleicos; fosfolípidos
	Sulfhidrilo
	-SH
	Forma enlaces disulfuro en las proteínas. Algunos aminoácidos; muchas proteínas
¿Cómo se sintetizan las moléculas grandes?
· Para ser más eficiente, las moléculas orgánicas grandes no se sintetizan formando complejos enlaces entre muchos átomos. Sino ensamblando moléculas pequeñas “pre-ensamblables”.
· Estas subunidades se llaman monómeros
· Cuando muchos monómeros se unen, pueden formar grandes cadenas llamadas polímeros
¡El agua es la clave! Y la síntesis de moléculas
Síntesis por deshidratación
· “Formar por eliminación de agua”. Se suprime un ion hidrógeno (H+) de una subunidad y un hidroxilo (OH-) de otra. Los espacios se llenan cuando estas unidades comparten electrones y forman un enlace covalente.
Hidrólisis
· “Degrada con agua”. El agua dona un ion hidrógeno a una subunidad y un ion hidroxilo a la otra, separando la molécula en subunidades
Macromoléculas
Sustancias moleculares de mayor tamaño
· Carbohidratos (Glúcidos)
· Lípidos
· Proteínas
· Ácidos nucleicos
· En cada uno de estos tipos de moléculas encontramos muchos átomos de Carbono unidos entre sí, algunas veces formando largas cadenas.
· Estas moléculas se producen dentro de las células de muchas plantas a partir de moléculas muy simples como CO2, H2O y NH3