Profesor: Dr. Adam Aguirre Ducler.

Junio de 2008

Físico-Química de la Célula.

Universidad Iberoamericana

Enfermería

Biología Celular

El núcleo de cada átomo, excepto el H consiste de protones (+) y neutrones. El Nº de electrones es igual al Nº de protones (Nº atómico), por lo que los átomos no tienen carga neta. Los neutrones le dan estabilidad al núcleo.

Se forma cuando los electrones son transferidos de un átomo al otro.

Se forma cuando los electrones son compartidos por 2 átomos.

AGUA.

Las células están compuestas por agua, iones inorgánicos y moléculas orgánicas (con carbono). El AGUA es la molécula mas abundante en la célula, representando un 70% o mas de la masa celular, además la mayoría de las reacciones intracelulares ocurren en un ambiente acuoso.

Dibujo de línea de la forma estructural

Modelo de pelota y varilla

Modelo orbital

En cada molécula de agua, los 2 átomos de H están unidos a un átomo de O por uniones covalentes.

El agua es una molécula polar con una suave carga negativa (d-) en el oxigeno y una suave carga positiva (d+) en los átomos de hidrogeno.

Características del agua.

Region electropositiva

Region electronegativa

Por esta naturaleza polar, las moléculas de agua pueden formar PUENTES DE HIDROGENO unas con otras o con otras moléculas polares, así como interactuar con iones positiva o negativamente cargados

Existe una atracción electrostática entre el átomo de O de una molécula de agua y el H de otra, esto se conoce como Puentes de Hidrógeno.

Los puentes de H son más largos y débiles que las uniones covalentes H-O.

Los puentes de H en agua líquida tienen una energía de disociación (energía requerida para romper una unión) de 20kJ/mol, comparado con 348 kJ/mol de la unión covalente.

Los puentes de hidrógeno no son exclusivos de agua.

Compuestos Anfipáticos (que contienen regiones polares y no polares) en solución acuosa.

(a) Ácidos grasos de cadena larga tienen cadenas hidrofóbicas, cada una de las cuales está rodeado de una capa de moléculas de agua altamente ordenados.

(b) Por agrupamiento en micelas, las moléculas de ácidos grasos exponen la más pequeña de las zonas hidrofóbicas a la superficie del agua.

La energía ganada adquirida para liberar moléculas de agua inmovilizadas estabiliza la micela.

Las moléculas de agua están unidas transientemente entre ellas por un enrejado de puentes de hidrogeno.

Esta naturaleza cohesiva del agua, es responsables de muchas de las propiedades inusuales del agua como Elevada tensión superficial

Características del agua.

Tensión Superficial.

Resistencia a la penetración de la superficie de un líquido causada por la cohesión de sus moléculas. El agua tiene una tensión superficial extremadamente alta.

Calor específico:

La cantidad de calor (en calorías) requerida para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo.

Calor de vaporización:

La cantidad de calor requerido para cambiar una cantidad de un líquido dado en gas; se requieren 540 calorías para cambiar un gramo de agua líquida en vapor.

Calor de fusión:

La cantidad de calor requerido para cambiar una cantidad de un sólido en líquido; para hacer la transición de sólido a líquido, el agua requiere 79,7 calorías por gramo.

Capilaridad:

El movimiento del agua o de cualquier líquido a lo largo de una superficie; resulta del efecto combinado de la cohesión y la adhesión.

Características del agua.

Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros.

SOLVENTE

El agua como solvente. El agua disuelve muchas sales cristalinas por hidratación de sus componente de ionicos. El cristal de NaCl se rompe por las moléculas de agua en los iones Na+ y Cl-. Las cargas iónicas son parcialmente neutralizadas, y las atracciones electrostática necesarias para la formación de cristales se debilitan

Dada la polaridad de sus moléculas, el agua puede servir como disolvente para sustancias iónicas y moléculas polares.

Moléculas iónicas como el NaCl, se disuelven porque las moléculas de agua son atraídas a la carga positiva (Na+) o negativa (Cl-) de cada ion

Moléculas polares como la urea se disuelven por que forman puentes de hidrogeno con las moléculas de agua a su alrededor

(a) El estado inicial. El tubo contiene una solución acuosa, el vaso contiene agua pura, y la membrana semipermeable permite el paso del agua pero no soluto.

(b) El estado final. El agua ha pasado a la solución de la compuesto no permeable, diluyendo y el aumento de la columna de agua en el tubo.

(c) la presión osmótica se mide como la fuerza que debe aplicarse a la solución de regreso en el tubo hasta el nivel de que en el vaso. Esta fuerza es proporcional a la altura, h, de la columna en (b).

La ósmosis y la medición de la presión osmótica.

El efecto de la osmoralidad extracelular en el movimiento de agua a través de la membrana plasmática.

Por ejemplo: Respuesta de glóbulos rojos humanos a cambios en la osmoralidad del fluido extracelular.

Ionización del agua.

Aunque muchas de las propiedades solventes del agua pueden ser explicado en términos de la molécula de H2O no cargada, el pequeño grado de ionización del agua en los iones H+ y OH- también debe tenerse en cuenta. Al igual que todas las reacciones reversibles, la ionización del agua puede ser descrita por un equilibrio constante. Cuando ácidos débiles se disuelven en el agua, contribuyen H por ionización; bases débiles consumen H llegando a estar protonados.

H2O H+ + OH-

Equilibrio dinámico

En el agua pura, el número de iones H+ iguala exactamente al número de iones OH- ya que ningún ión puede formarse sin el otro cuando solamente hay moléculas de H2O presentes.

En una solución de HCl (ácido clorhídrico) en agua hay más iones H+ que OH-.

En una solución de NaOH (hidróxido de sodio) en agua hay más iones OH- que H+.

› concentracion de H+ ‹ concentracion de H+

Ácidos y Bases.

pH= -log [H+]

El símbolo "pH" indica el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno en unidades de moles por litro. Los números cuyos logaritmos son de interés para nosotros son las concentraciones de iones hidrógeno en las soluciones, que se expresan en moles por litro.

ENTONCES, la ionización que ocurre en un litro de agua pura da como resultado la formación, en el equilibrio, de 1/10.000.000 de mol de iones hidrógeno (y, como hemos notado previamente, exactamente la misma cantidad de iones hidróxido). En forma decimal, esta concentración de iones hidrógeno se escribe como 0,0000001 mol por litro o, en forma exponencial, como 10-7 mol por litro. El logaritmo es el exponente -7 y el logaritmo negativo es 7; con referencia a la escala de pH, se lo menciona simplemente como pH 7.

El pH de algunas soluciones acuosas.

Buffer.

El mantenimiento de un pH constante, un ejemplo de homeostasis, es importante porque el pH influye en gran medida en la velocidad de las reacciones químicas. Los organismos resisten cambios fuertes y repentinos en el pH de la sangre y otros fluidos corporales por medio de amortiguadores o buffer, que son combinaciones de formas dadoras de H+ y aceptoras de H+ de ácidos o bases débiles.

Iones inorgánicos.

Los iones inorgánicos en las células incluyen el sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+), calcio (Ca2+), fosfato (H2PO4-), cloruro (Cl-), bicarbonato (HCO3-), constituyen el 1% o menos de la masa celular. Estos iones están envueltos en el metabolismo celular y desempeñan un rol critico en la función celular.

La relativa permeabilidad de una bicapa lipídica sintética a diferentes clases de moléculas.

Por ejemplo: propagación del potencial de acción en el axón.

Isómeros

Moléculas que tienen el mismo número y tipo de átomos pero difieren en la manera en que los átomos están combinados.

Isómeros estructurales: moléculas que presentan la misma cantidad y tipo de átomos, pero dispuestos de manera diferente.

Isómeros ópticos son uno la imagen especular del otro y no se pueden superponer.

Grupo Nombre Importancia biológica

– OH Hidroxilo Polar, y por esta razón soluble en agua; forma puentes de hidrógeno

– C=O    I   OH

Carboxilo

Ácido débil (dador de hidrógeno); cuando pierde un ion hidrógeno adquiere carga negativa: – C=O    I   O- + H+

– N – H    I   H

Amino

Base débil (aceptor de hidrógeno); cuando acepta un ion hidrógeno adquiere carga positiva:    H    I– N+ – H    I   H

   H    I– C=O

Aldehído Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a algunos azúcares

– C=O    I

Cetona (o carbonilo) Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a otros azúcares

   H    I– C – H    I   H

Metilo Hidrofóbico (insoluble en agua)

  O   II– P – OH   I  OH

Fosfato

Ácido (dador de hidrógeno); en solución presenta habitualmente carga negativa:   O   II– P – O- + 2H+

   I  O-

Moléculas orgánicas (grupos químicos).

Moléculas Orgánicas.

• Son moléculas que contienen el elemento Carbono y se encuentran en los seres vivos.

• También se les llama macromoléculas debido a su gran tamaño

• Estas moléculas se componen de C H O N P S.

• En los organismos encontramos cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad. 1- Carbohidratos.

2- Proteínas.

3- Lípidos.

4- Ácidos nucleicos.