Bioquímica estructural

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Universidad de La Salle Universidad de La Salle 
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Ciencias básicas e ingeniería Catálogo General 
8-9-2014 
Bioquímica estructural Bioquímica estructural 
Luz Briceida Pardo Rojas 
Universidad de La Salle, Bogotá, lbpardo@unisalle.edu.co 
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Documento N.° 100
Departamento de Ciencias Básicas
Luz Briceida Pardo Rojas
M. Sc. Biología
lbpardo@unisalle.edu.co
Bioqu ím ica es t ruc tu ra l
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ISSN: 1900-6187
© 2014
Oficina de Publicaciones
Cra. 5 N.° 59A-44
Teléfono: 3 48 80 00 ext.: 1224-1227
Fax: 2 17 08 85
publicaciones@lasalle.edu.co
Dirección editorial
Guillermo Alberto González Triana
Coordinación editorial
Marcela Garzón Gualteros
Corrección de estilo
Pablo Emilio Daza Velásquez
Diagramación
Precolombi EU-David Reyes
Carátula
Andrea Julieth Castellanos Leal
Impresión
Xpress Estudio Gráfico y Digital S. A.
Mayo del 2014
Departamento de Ciencias Básicas
Bogotá, D. C.
2014
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3
C o n t e n i d o
Presentación 11
Introducción 13
Propiedades y características de los sistemas 15
La célula como sistema 21
Subsistema estructural 25
Propósito 25
Materia 26
Estructura atómica 26
Tabla periódica 33
Enlaces químicos 35
Ajuste de ecuaciones redox por el método ion-electrón 39
Estructuras de Lewis 42
Estados de la materia 46
Nomenclatura 47
Leyes fundamentales de la química 51
Energía 53
Actividad práctica: Bioseguridad en el laboratorio 54
Normas generales sobre el manejo de reactivos químicos 64
Actividad práctica: Material de laboratorio 69
Unidades de medición 75
Actividad práctica: Ley de Lambert Beer 84
Agua y disoluciones 95
Actividad práctica: Disoluciones 104
Factor de dilución 108
Biomoléculas 113
Propósito 113
Carbohidratos 116
Actividad práctica: Caracterización de carbohidratos 133
Aislamiento de carbohidratos 136
Lípidos 139
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4
Aminoácidos y proteínas 149
Purificación de proteínas 161
Actividad práctica: Comportamiento buffer de la sangre 170
Nucleótidos y ácidos nucleicos 175
Catálisis biológica 183
Propósito 183
Algo de historia 184
Clasificación de las enzimas 186
Algunas definiciones importantes 190
Energía de activación 190
Interpretación de la constante de Michaelis 192
Curvas de progreso 194
Nomenclatura de Cleland 196
Determinación de los parámetros cinéticos 
de reacciones enzimáticas 199
Inhibidores 201
Autorregulación 205
Actividad de investigación 213
Actividad práctica: Inmovilización de una enzima 214
Bibliografía 221
Anexo Factores de conversión 225
Medidas de longitud 225
Medidas de área o superficie 226
Unidades de volumen 227
Unidades de presión 228
Unidades de peso 229
Velocidad, aceleración y fuerza 230
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5
Í n d i C e d e f i g u r a s
Figura 1. Clases de sistemas 18
Figura 2. Subsistemas del sistema celular 22
Figura 3. Forma general de los orbitales 29
Figura 4. Diagrama de Aufbau 30
Figura 5. Orbital s 31
Figura 6. Orbitales p 31
Figura 7. Nomenclatura utilizada para designar 
los niveles de energía 32
Figura 8. Ejemplo de una tabla periódica 33
Figura 9. Propiedades de los elementos en la tabla periódica 35
Figura 10. Representación de los átomos de sodio y cloro 35
Figura 11. Características de los compuestos químicos 49
Figura 12. Etiqueta de reactivo químico 59
Figura 13. Símbolos de riesgo en las etiquetas 
de los productos químicos 60
Figura 14. Norma NFPA para las etiquetas de envases 
de compuestos químicos 60
Figura 15. Códigos de colores de las etiquetas 
de los productos químicos 61
Figura 16. Diagrama de flujo para la actividad práctica 74
Figura 17. Referencias en las diferentes escalas de temperatura 79
Figura 18. Ley de Beer 87
Figura 19. Espectro de absorción y curva de calibración 90
Figura 20. Estructura de la molécula del agua 96
Figura 21. Solución en buffer 103
Figura 22. Zona de viraje de algunos indicadores utilizados 
en titulaciones 105
Figura 23. Preparación de las diluciones necesarias para 
la práctica de titulación 110
Figura 24. Polaridad de la molécula de agua 115
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6
Figura 25. Algunos compuestos orgánicos que tienen 
como fórmula condensada Cn(H2O)n 116
Figura 26. Representación de un carbono asimétrico 118
Figura 27. Isometría geométrica 119
Figura 28. Algunos ejemplos de monosacáridos 121
Figura 29. Formación de un hemiacetal 123
Figura 30. Estructura del pirano y el furano 123
Figura 31. Proyección de Haworth para las formas cíclicas 
de los monosacáridos 124
Figura 32. Transformación de la proyección de Fischer 
en la de Haworth 124
Figura 33. Anómeros en las piranosas 125
Figura 34. Ácidos derivados de las aldosas 126
Figura 35. Formación de glicósidos 126
Figura 36. Estructura de la maltosa 128
Figura 37. Estructura química de la celobiosa 128
Figura 38. Estructura de la lactosa 129
Figura 39. Oligosacáridos de los antígenos sanguíneos 130
Figura 40. Beneficios de los prebióticos 130
Figura 41. Comparación de las estructuras del almidón 
y el glucógeno 131
Figura 42. Modelo de moléculas de celulosa unidas 
por puentes de hidrógeno 132
Figura 43. Estructura del ácido fosfatídico 142
Figura 44. Estructura de los amino alcoholes y aminoácido 
que se encuentran en los fosfolípidos 142
Figura 45. Estructura general de un plasmalógeno 144
Figura 46. Estructura de la esfingosina 144
Figura 47. Estructura general de una ceramida 145
Figura 48. Estructura general de una esfingomielina 145
Figura 49. Estructura general de un cerebrósido 145
Figura 50. Anillos del ciclopentano fenantreno 146
Figura 51. Estructura del colasteno 146
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7
Figura 52. Núcleos aromáticos de las hormonas esteroidales 147
Figura 53. Estructura básica de las prostaglandinas 148
Figura 54. Anillo ciclopentano de las prostaglandinas 148
Figura 55. Estructura general de los alfa, L-aminoácidos 149
Figura 56. Algunos radicales presentes en los aminoácidos 151
Figura 57. Estructura de los aminoácidos usualmente 
encontrados en proteínas 151
Figura 58. Hidrofobicidad relativa de los aminoácidos 153
Figura 59. Secuencia de aminoácidos de la hexoquinasa 
de levadura 154
Figura 60. Estados iónicos de la glicina 155
Figura 61. Enlace peptídico 156
Figura 62. Ejemplos de organización secundaria de las proteínas 159
Figura 63. Estructura terciaria y esquemática de una proteína 160
Figura 64. Estructura cuaternaria de una proteína 160
Figura 65. Curvas hipotéticas de solubilidad de tres proteínas 
en función de la saturacióncon sulfato de amonio 162
Figura 66. Esquema de la separación electroforética de una 
mezcla de tres sustancias con diferente carga 165
Figura 67. Zona de pH útil en la cromatografía 
de intercambio iónico 167
Figura 68. Perfil de elución en una cromatografía 
de intercambio iónico 168
Figura 69. Perfil de elución en una cromatografía 
de intercambio iónico con gradiente de KCl 168
Figura 70. Buffer de la sangre 172
Figura 71. Curva de titulación un buffer 174
Figura 72. Anillos heterocíclicos de la purina y la pirimidina 175
Figura 73. Representación esquemática de los nucleótidos 176
Figura 74. Formas del DNA 178
Figura 75. Propiedades físicas y químicas del DNA 179
Figura 76. Experimento de Avery, MacLenond y McCarthy 
sobre la transformación bacteriana 180
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8
Figura 77. Ejemplo de una barrera energética 190
Figura 78. Energía de activación 191
Figura 79. Variación de la rapidez inicial en función 
de la concentración de sustrato 193
Figura 80. Ejemplo de una curva de progreso 195
Figura 81. Representación de los mecanismos cinéticos (Cleland) 197
Figura 82. Mecanismo ping-pong 197
Figura 83. Mecanismo secuencial ordenado 197
Figura 84. Mecanismo secuencial aleatorio 198
Figura 85. Gráficas y ecuaciones que permiten calcular Vm y Ka 199
Figura 86. Mecanismo cinético y ecuaciones de la inhibición 
competitiva 202
Figura 87. Mecanismo cinético y ecuaciones de la inhibición 
acompetitiva 202
Figura 88. Mecanismo cinético y ecuaciones de la inhibición 
no competitiva 203
Figura 89. Curva de disociación de la hemoglobina 205
Figura 90. Comparación del comportamiento cinético 
de enzimas hiperbólicas y sigmoideas 207
Figura 91. Cambios de la cinética enzimática en función 
del índice de cooperatividad 208
Figura 92. Circuito sencillo de regulación 209
Figura 93. Efecto de los efectores alostéricos sobre 
el comportamiento de las enzimas 210
Figura 94. Efecto de la concentración de un efector positivo 
sobre la rapidez de reacción enzimática 211
Figura 95. Inmovilización de enzimas 216
Figura 96. Inmovilización de enzimas con agua destilada 217
Figura 97. Procedimiento para inmovilización de enzimas 217
Figura 98. Obtención de leche deslactosada 218
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Í n d i C e d e ta b l a s
Tabla 1. Niveles de complejidad en las biomoléculas 22
Tabla 2. Grupos de la tabla periódica 33
Tabla 3. Prefijos y sufijos utilizados en la nomenclatura 
inorgánica 47
Tabla 4. Ejemplos de nomenclatura stock 48
Tabla 5. Cifras significativas 75
Tabla 6. Definiciones de las magnitudes físicas 
en el Sistema Internacional de Unidades 77
Tabla 7. Algunas equivalencias importantes en peso y longitud 80
Tabla 8. Unidades obtenidas por combinación 81
Tabla 9. Algunos radios atómicos 81
Tabla 10. Características del azul de bromo fenol y naranja 
de metilo 90
Tabla 11. Diluciones necesarias para la práctica 
de espectrofotometría 92
Tabla 12. Formato para la recolección de datos para 
el espectro de absorción 93
Tabla 13. Formato para la recolección de datos para curva 
de calibración 94
Tabla 14. Clases de disoluciones 98
Tabla 15. Formato para la recolección de resultados 
de la titulación 111
Tabla 16. Poder rotatorio de algunos azúcares 120
Tabla 17. Disacáridos más frecuentes 127
Tabla 18. Solubilidad de algunas sustancias en agua 
y solventes orgánicos 139
Tabla 19. Principales ácidos grasos saturados 140
Tabla 20. Principales ácidos grasos no saturados 141
Tabla 21. Ejemplos de hormona esteroidales 147
Tabla 22. Algunas constantes de los aminoácidos 150
Tabla 22. Tabla de constantes 155
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10
Tabla 23. Características de algunas tesinas de intercambio iónico 166
Tabla 24. Propiedades de algunos tipos de Sephadex® 169
Tabla 25. Instrumento para recolección de datos práctica 
de buffers 173
Tabla 26. Resultados experimentales de una curva de progreso 195
Tabla 27. Datos para el cálculo del tipo de inhibidor 204
Tabla 28. Factores que afectan la actividad de las enzimas 206
Tabla 29. Tipo de cinética enzimática según el índice 
de cooperatividad y sensibilidad de la enzima 
a la regulación 208
Tabla 30. Características de las fosfatasas ácida y alcalina 213
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P r e s e n ta C i ó n
Estos apuntes de clase recogen la experiencia de muchos años de cátedra 
y de la búsqueda de modelos de aprendizaje para una ciencia tan compleja 
como la bioquímica. Dos aportes fundamentales son el estudiar el fenó-
meno vital desde la perspectiva de la teoría general de sistemas y lograr el 
aprendizaje mediante la formación de conceptos, lo cual se logra mediante 
el desarrollo de talleres de aplicación, su discusión y la puesta en común 
mediante discusiones en clase, con participación de todos los estudiantes 
orientados por el profesor. Con el desarrollo de los talleres se busca que 
el estudiante construya secuencialmente su conocimiento. También se 
incluyen algunas actividades prácticas, diseñadas por la autora, destinadas 
a la adquisición de destrezas en la utilización de equipos de laboratorio, 
la obtención, el manejo y la interpretación de resultados experimentales, 
y al refuerzo de algunos conceptos teóricos.
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i n t r o d u C C i ó n
La bioquímica es por excelencia la ciencia de la vida, que estudia la orga-
nización de la materia en los seres vivos, su utilización y las transducciones 
de energía que permiten el fenómeno vital.
Para construir su propia definición de bioquímica puede consultar las 
siguientes direcciones electrónicas:
http://www.thefreedictionary.com/biochemistry
http://www.answers.com/topic/biochemistry
http://www.biology-online.org/dictionary/Biochemistry
Como ciencia, la bioquímica se apoya en la biología, la física y la química... 
Es imposible adquirir un conocimiento adecuado de la bioquímica sin 
tener conocimientos sólidos mínimos sobre la estructura de la materia y 
las reacciones químicas que permiten su transformación, así como de los 
principios básicos de la termodinámica para comprender los procesos de 
transducción de energía que ocurren en los seres vivos. Por tanto, estos 
Apuntes de Clase incluyen un breve contenido sobre los aspectos funda-
mentales de la química.
Antes de iniciar el estudio formal de la bioquímica, los estudiantes 
debatirán sobre las siguientes afirmaciones:
1. La vida ha tratado de definirse en muchas maneras, recurriendo 
principalmente a las características que presentan los seres vivos. 
Algunas personas afirman que los seres vivos nacen se reprodu-
cen y mueren. ¿Está usted de acuerdo con esta posición? ¿Por 
qué?
2. En el campo, una creencia popular dice que el mejor alimento 
para los niños es la fécula de plátano. ¿Está usted de acuerdo con 
esta afirmación? ¿Por qué?
3. En muchos supermercados las promotoras comerciales afirman 
que el aceite de cocina que promocionan no produce colesterol. 
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14
Luz B. Pardo R.
¿Usted lo compraría impulsado por estas afirmaciones de la pro-
motora? Explique su respuesta.
4. Una madre de familia le pide al pediatra que recete a su hijo de 
cuatro años vitaminas para que “se le abra el apetito”. Si usted 
fuera el pediatra, ¿qué le diría a esa madre?
5. Los rumiantes pueden alimentarse con pasto, pero el humano 
no. ¿Cuál es la razón para ello?
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P r o P i e d a d e s y C a r a C t e r Í s t i C a s 
d e l o s s i s t e m a s
El fenómeno vital es tan complejo que no puede explicarse solamente 
por la sumatoria delas propiedades de la materia; por esta razón, es útil 
estudiarlo desde la perspectiva de la teoría general de sistemas (TGS). 
Esta teoría fue postulada por L. von Bertalanffy (1976), quien dice que un 
sistema es un conjunto de dos o más elementos interrelacionados entre sí 
que trabajan para lograr un objetivo común.
Al hablar de la TGS, enfoque que se la ha dado a este modelo de 
enseñanza-aprendizaje, son de uso común los siguientes términos:
Entorno: comprende los sucesos y las condiciones que influyen en el 
comportamiento de un sistema. En el caso de las células, su entorno es 
el organismo al cual pertenecen. Sin embargo, es necesario tener en cuenta 
que nunca un sistema puede igualarse con el entorno.
Atributos: son las características y propiedades estructurales o funcio-
nales que definen las partes o componentes de un sistema.
Complejidad: hace referencia a la cantidad de elementos de un 
sistema (complejidad cuantitativa) y a sus potenciales interacciones 
(conectividad).
Sinergia: en una propiedad de los sistemas que implica que la suma de 
las propiedades de los elementos no es suficiente para explicar las propie-
dades del todo, sino que es un fenómeno que surge de las interacciones 
entre las partes o componentes del sistema.
Conglomerado: si la suma de las propiedades y los atributos de las par-
tes es igual a las del todo se dice que es un conglomerado, no un sistema.
Elementos: son las partes o componentes del sistema, y pueden ser 
objetos o procesos. Una vez identificados los elementos pueden ser orga-
nizados en un modelo.
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16
Luz B. Pardo R.
Equilibrio: en un sistema abierto como la célula el equilibrio se man-
tiene por importación de recursos (energía, materia e información) para 
compensar las pérdidas por los procesos de degradación de los nutrientes.
Frontera: los sistemas son indivisibles como sistemas (sinergia), pero 
poseen partes y componentes (subsistema), cada uno de los cuales es otra 
totalidad. En la mayoría de los sistemas biológicos los límites coinciden 
con discontinuidades estructurales entre estos y sus ambientes. En la 
práctica se puede decir que la frontera de un sistema es aquella línea 
que separa al sistema de su entorno y que define lo que le pertenece y 
lo que queda fuera de él.
Función: función es el producto (output) de un sistema destinado a 
mantener el sistema mayor al que pertenece.
Homeostasis: es un concepto aplicable especialmente a los organismos 
vivos que son sistemas adaptables. Los procesos homeostáticos responden 
a variaciones del ambiente y corresponden a las compensaciones internas 
necesarias para mantener sin variación la estructura del sistema.
Información: el flujo de información, en contraste con la energía, no 
afecta la información del emisor, la cual se mantiene constante. La canti-
dad de información que permanece en el sistema es igual a la información 
que existe más la que ingresa.
Entada/salida (input/output): los sistemas abiertos procesan el input 
(energía, materia, información) y elaboran el output; por tanto, todo 
sistema abierto necesita de recursos del entorno. Se denomina input a la 
importación de los recursos que se requieren para dar inicio al ciclo de 
actividades del sistema. Se denomina output a las corrientes de salidas 
de un sistema. Los outputs, según su destino, pueden ser: servicios, fun-
ciones o retroinputs.
Morfogénesis: los sistemas complejos tienen capacidad de elaborar o 
modificar sus formas para conservarse viables (retroalimentación positiva). 
Son procesos que favorecen el desarrollo, el crecimiento o el cambio en la 
forma, la estructura y el estado del sistema. Estos procesos se denominan 
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Apuntes de Clase - Documento N.° 100
17
morfogenéticos, pues activan y potencian la posibilidad de adaptación de 
los sistemas a ambientes en cambio.
Morfostasis: son procesos de intercambio con el entorno que tienden 
a preservar o mantener una forma, una organización o un estado dado 
de un sistema (equilibrio, homeostasis, retroalimentación negativa). Este 
tipo de procesos es característico de los sistemas vivos. Son procesos que 
reducen o controlan las desviaciones.
Negentropía: una característica de los sistemas vivos es la de conservar 
estados de organización improbables. Este desafío a las leyes de la termo-
dinámica se explica porque los sistemas abiertos pueden importar energía 
extra para mantener sus estados estables de organización. La negentropía 
hace referencia a la energía que el sistema importa del ambiente para 
mantener su organización y sobrevivir.
Recursividad: es el fenómeno por el cual un sistema es, por un lado, 
parte de sistemas más amplios, y por otro, puede estar compuesto de 
sistemas menores.
Retroalimentación: es un proceso por el cual el sistema abierto utiliza 
información de los efectos de sus decisiones internas y la utiliza sobre 
acciones posteriores. La retroalimentación puede ser negativa (RAN) o 
positiva (RAP). En la RAN el sistema responde en una dirección opuesta 
a la señal, lo cual tiende a estabilizar la salid, y, por tanto, a mantenerla 
en condiciones constantes. La RAN usualmente lleva a equilibrios 
(en sistemas físicos) o a homeostasis (en sistemas biológicos); en la RAP 
el sistema responde en la misma dirección que la perturbación, con lo cual 
se amplifica apartando al sistema del equilibrio.
La figura 1 representa los tres tipos de sistema: abierto, cerrado y 
aislado. Identifíquelos y complete el cuadro con las características.
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Luz B. Pardo R.
Figura 1. Clases de sistemas
Información
Información
Energía
A
Energía
Materia
Materia
Información
Información
Energía
B
Energía
Materia
Materia
Información
Información
Energía
C
Energía
Materia
Materia
Fuente: elaboración propia.
Complete los siguientes cuadros, relacionados con los sistemas:
Tipo de sistema
Letra en la 
figura 1
Intercambio con el entorno
Materia Energía Información
Sí No Sí No Sí No
Abierto
Cerrado
Aislado
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Apuntes de Clase - Documento N.° 100
19
Marque la casilla correspondiente:
Elemento Sistema abierto Sistema cerrado Sistema aislado Conglomerado
Termo
Equipo de fútbol
Asistentes al estadio
Orquesta sinfónica
Humedal
Horno
Cerebro
Bombilla eléctrica
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l a C é l u l a C o m o s i s t e m a
Uno de los grandes errores de la biología como ciencia fue en sus inicios 
recurrir solamente a un enfoque reduccionista, según el cual los seres vivos 
se estudiaban en función de sus componentes más elementales pero inde-
pendientemente, sin darle mucha importancia a las interacciones entre 
ellos. Desde la perspectiva de la TGS, se pretende integrar las partes para 
conseguir una totalidad lógica sin que haya independencia o autonomía 
relativa con respecto a la totalidad. Bajo este enfoque es necesario definir 
la totalidad y los elementos constituyentes, así como las interacciones 
entre estos.
Los seres vivos se comportan como sistemas abiertos que intercam-
bian materia, energía e información con el medio ambiente. La célula, por 
su parte, como sistema muestra recursividad y se caracteriza por (figura 2):
•	 Tener una estructura definida (subsistema estructural)
•	 Controlar la entrada y la salida de materia (subsistema 
transportador)
•	 Realizar reacciones químicas a baja temperatura y presión (sub-
sistema catalítico)
•	 Transformar la materia y transducir la energía química (subsis-
tema procesador)
•	 Controlar eficientemente los procesos (subsistema biocibernético)
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22
Luz B. Pardo R.
Figura 2. Subsistemasdel sistema celular
Subsistema 
estructural
Subsistema 
transportador
Subsistema 
procesador
Sistema 
celular
Subsistema 
biocibernético
Subsistema 
catalítico
Fuente: elaboración propia.
Desde el punto de vista estructural, la bioquímica estudia varios niveles 
de complejidad, como se muestra en la tabla 1:
Tabla 1. Niveles de complejidad en las biomoléculas
Niveles
Moléculas simples
Moléculas 
compuestas
Macromoléculas Estructuras supramoleculares
Monosacáridos
Disacáridos
Oligosacáridos
Almidón
Celulosa Pared celular
Glicerol Triglicéridos
Fosfolípidos
Bicapas lipídicas
Ácidos grasos
Aminoácidos Péptidos Proteínas Complejos multienzimáticos
Heterocíclicos 
nitrogenados
Nucleótidos Ácidos nucleicos
Cromosomas
Ribosomas
Fuente: elaboración propia.
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Apuntes de Clase - Documento N.° 100
23
Un ser se considera vivo en cuanto conserve su capacidad para 
disminuir la entropía (desorden del sistema) y realizar transducciones de 
energía. Los seres vivos abarcan dos grandes categorías: los autótrofos, que 
son capaces de transducir energía lumínica en energía, y los heterótrofos, 
que transducen la energía química en otras formas de energía utilizables 
para el cumplimiento del fenómeno vital.
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25
s u b s i s t e m a e s t r u C t u r a l
Propósito
En esta unidad el estudiante inicia el estudio del subsistema estructural 
y comparará diferentes teorías acerca de la estructura de la materia y 
su organización. Asimismo, discutirá los niveles de organización de la 
materia, relacionará materia y energía, y comparará los diferentes enlaces 
químicos que permiten constituir los compuestos. Por último, el estudiante 
revisará el Sistema Internacional de Unidades y los conceptos de presión y 
exactitud, así como el uso adecuado de cifras significativas en mediciones 
y cálculos.
Demostrará su competencia en estos temas cuando:
1. Presenta su visión del modelo átomo basado en las principales 
teorías sobre este tema.
2. Representa adecuadamente la distribución electrónica de los 
átomos.
3. Explica qué son y qué utilidad tienen los orbitales atómicos y 
moleculares.
4. Describe los diferentes tipos de enlaces químicos presentes en 
los compuestos.
5. Utiliza correctamente la nomenclatura química para nombrar 
los compuestos.
6. Explica los conceptos de oxidación y reducción, y puede balan-
cear reacciones redox.
7. Obtiene información pertinente sobre los elementos a partir de 
la tabla periódica.
8. Es capaz de representar moléculas mediante el sistema electrón 
punto.
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9. Enuncia y discute los principios básicos de la termodinámica.
10. Reconoce los diferentes sistemas de transducción de energía en 
los seres vivos.
11. Utiliza adecuadamente el Sistema Internacional de Unidades.
12. Transforma unidades internacionales en otras de uso corriente.
Materia
Según la Real Academia Española (s. f.), la materia se define como “1. f. 
Realidad primaria de la que están hechas las cosas. 2. f. Realidad espacial 
y perceptible por los sentidos, que, con la energía, constituye el mundo 
físico”.
En el diccionario Merriam-Webster (s. f.), la materia se define como: 
“Sustancia material que ocupa espacio, tiene masa y está compuesta 
predominantemente de átomos que consisten de protones, neutrones y 
electrones, que constituye el universo observable y que es interconvertible 
con la energía”.
Comente estas dos definiciones
Durante mucho tiempo se consideró el átomo como la unidad fundamen-
tal de la materia. Este término se deriva del griego ἄτομον.
Etimológicamente, ¿cuál es el significado de átomo?
Estructura atómica
Antes de trabajar más a fondo la naturaleza de la materia, se invita a 
los estudiantes a revisar su conocimiento sobre este tema, mediante 
la consulta de algunos de los aportes hechos desde la química. En la 
siguiente dirección electrónica encontrará material de apoyo: 
http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448180488.pdf
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El pensamiento científico, en relación con la constitución de la materia, 
lleva un gran tiempo de evolución. Algunos aportes importantes han sido 
dados por los siguientes pensadores:
Demócrito (460-370 a. C.). Presentó un razonamiento no experimen-
tal para postular una teoría sobre la estructura de la materia: “Si una pieza 
de metal se divide en dos y estas a su vez nuevamente se dividen, llegará 
un momento en el cual no se puede dividir más”.
¿A qué conclusión llegó Demócrito?
Empédocles (493-432 a. C.). Presentó una teoría sobre la estructura de 
la materia basada en cuatro elementos: agua, tierra, aire y fuego. Utilizó 
varios razonamientos para su teoría: el primero era sobre las plantas y lo 
que estas necesitaban para vivir; el segundo versaba sobre la fluidez del 
agua, y el tercero sobre el barro.
Discuta: ¿cuáles fueron los cuatro elementos postulados por Empédocles 
y cómo se relacionaban con su razonamiento?
John Dalton (1776-1844). Postuló la primera teoría atómica moderna, 
sustentada en tres postulados básicos de la materia relacionados con los 
átomos.
Discuta: ¿cuáles son los tres postulados de Dalton?
Ernest Rutherford (1871-1937). Postuló una teoría sobre la estructura del 
átomo basándose en un experimento con partículas alfa (α) que incidían 
sobre una lámina de oro muy fina.
•	 Describa brevemente el experimento de Rutherford.
•	 Cite por lo menos tres conclusiones obtenidas por Rutherford.
Enri Becquerel (1852-1908). Descubrió que algunas sales de uranio emitían 
radiaciones espontáneamente. Clasificó Las radiaciones emitidas en tres 
categorías: alfa (α), beta (β) y gamma (γ).
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Describa las características de cada una de las radiaciones, en cuanto 
a su naturaleza, penetración y capacidad ionizante.
Max Planck (1858-1947). Postuló teorías acerca de cómo los cuerpos cap-
tan o emiten energía. Una de las más importantes de sus ideas es que la 
energía emitida o captada en forma de radiación electromagnética siempre 
es un múltiplo de una constante h, de acuerdo con la ecuación ε = nhν, 
en donde h = 6,62 × 10-34 j; ε es la constante de Planck y ν la frecuencia 
de la radiación. El valor hν se ha designado un cuanto de energía.
Niels Bohr (1885-1962). Basado en las teorías de Planck, postuló un 
modelo atómico que supone que hay órbitas alrededor del núcleo, en las 
cuales los electrones pueden girar sin emitir energía.
Según Bohr, ¿qué es el número cuántico principal?
Estructura del átomo
El núcleo atómico es 1015 veces más pequeño que el átomo. En la época 
de Rutherford lo único que se sabía del núcleo era que tenía carga positiva. 
Hoy en día se sabe que tiene varios componentes.
Después de consultar, responda las siguientes preguntas:
•	 ¿Cuáles son los componentes del núcleo y con qué nombre se 
designan en general?
•	 ¿Cómo está constituida la corteza del átomo?
•	 ¿Qué es el número atómico?
•	 ¿Qué es el número de masa atómico?
•	 Si A designa la masa atómica, Z el número de electrones y N el 
número de protones, ¿cómo puede expresarse la masa atómica?
•	 ¿Qué son los isótopos?
•	 ¿En términos de protones, electrones y neutrones, qué tienen de 
iguales y qué de diferentes los isótopos de un mismo elemento?
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•	 Discuta si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: “Si un átomo 
pierde o gana electrones, se transforma en otro elemento, mientras 
que si pierde o gana protones sigue siendo el mismo elemento”.
La situación de los electrones, su nivel de energía y otras característicasse expresan mediante los números cuánticos. Estos son:
•	 Número cuántico principal: se representa con la letra n y da 
idea del nivel de energía. Puede tomar los valores 1, 2, 3, 4,… 
También se representa con las letras K, L, M, N…
•	 Número cuántico secundario o azimutal: se representa con la 
letra l. Determina la forma del orbital, puede tomar los valores 
0, 1, 2, 3,… n – 1. Se representa también con las letras s, p, d, f.
•	 Número cuántico magnético: define la orientación del orbital 
y se designa con la letra m. Puede tomar valores enteros de –l 
hasta +l.
Las siguientes, son las características de los orbitales:
•	 Cada valor de m es un orbital, y en cada uno de ellos caben como 
máximo dos electrones.
•	 Los orbitales s son esféricos y su volumen depende del valor de n.
•	 Los orbitales p son tres; tienen forma de lóbulos unidos por los 
extremos y están orientados en la dirección de los tres ejes del 
espacio.
•	 Los orbitales d son cinco, cuya orientación depende de los valores 
de m.
La forma general de los orbitales se muestra en la figura 3.
Figura 3. Forma general de los orbitales
S p d f
Fuente: elaboración propia con Chem Office.
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Configuración electrónica1
Se designa como orbital una función matemática que describe la región 
en torno al núcleo, donde existe mayor probabilidad de encontrar al elec-
trón. Los orbitales se describen con la ayuda de tres números cuánticos: 
n (principal), l (secundario), m (magnético).
Los niveles de energía se designan con números de 1 a 7. Cada nivel 
puede tener subniveles: s (con 2 electrones como máximo); p (con 6 elec-
trones como máximo); d (con 10 electrones como máximo), y f (con 14 
electrones como máximo). El orden de energía de los orbitales se puede 
establecer de acuerdo con el diagrama de Aufbau (del alemán Aufbau-
prinzip: principio de construcción) (figura 4).
Figura 4. Diagrama de Aufbau
1
2
3
4
5
6
7
0
s
s
s
s
s
s
s
1
p
p
p
p
p
p
2
d
d
d
d
d
3
f
f
f
f
4
g
g
g
5
h
h
6
i
s p d f g h i2 6 10 14 18 23 26
Fuente: Wikipedia (s. f.).
El orden de llenado de los orbitales es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 
5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. Por su parte, los orbitales s (l = 0) tienen forma esfé-
rica (figura 5); la extensión de este orbital depende del valor del número 
cuántico principal, así un orbital 3s tiene la misma forma pero es mayor 
que un orbital 2s.
1 Para ampliar la información sobre este tema se recomienda consultar la siguiente dirección 
electrónica: http://www.uhu.es/quimiorg/atomos.html
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Figura 5. Orbital s
x
y
z
Fuente: elaboración propia.
Los orbitales p (l = 1) están formados por dos lóbulos idénticos que se 
proyectan a lo largo de un eje (figura 6). La zona de unión de ambos lóbulos 
coincide con el núcleo atómico. Hay tres orbitales p (m = –1, m = 0 y 
m = +1) de idéntica forma, que difieren solo en su orientación a lo largo 
de los ejes x, y o z.
Figura 6. Orbitales p
x
y
z
x
y
z
x
y
z
2pz 2px 2py
Fuente: elaboración propia.
Los orbitales d (l = 2) también están formados por lóbulos. Hay cinco tipos 
de orbitales d, que corresponden a m = –2, –1, 0, 1, 2.
Los orbitales f (l = 3) tienen un aspecto multilobular. Existen siete 
tipos de orbitales f, que corresponden a m = –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3. 
La configuración electrónica en forma condensada se representa mediante 
los principios que se muestran en la figura 7:
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Figura 7. Nomenclatura utilizada para designar los niveles de energía
1s2
Nivel
Subnivel
Número de electrones
Fuente: elaboración propia.
Por ejemplo:
17Cl: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5. Represente la configuración electrónica de:
6C
8O
15P
20Ca
Complete el siguiente cuadro sobre la capacidad de los subniveles:
Subnivel N.° de orbitales Electrones por orbital N.° de electrones
s
1
l = 0
2 2
p l = 0
d l = 0
f l = 0
Consulte la siguiente dirección electrónica: http://corinto.pucp.edu.pe/
quimicageneral/contenido/231-principio-de-exclusion-de-pauli-princi-
pio-de-aufbau-regla-de-hund. Una vez realizada la consulta defina los 
siguientes conceptos:
•	 Principio de Aufbau
•	 Principio de exclusión de Pauli
•	 Principio de Hund o de máxima multiplicidad
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	Bioquímica estructural
	Recommended Citation
	tmp.1663193163.pdf.2QKuD