¿Puede la química aportar algo a la biotecnología?jalopez/Personal/Biorad/Presenta... ·...
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Bernardo Herradón GarcíaCSIC y RSEQ
11 de julio de 2012
CURSO DE BIOTECNOLOGÍA ELEMENTAL 2012 “BIOTECHNOLOGY EXPLORER”
¿Puede la química aportar algo a la biotecnología?
Científicos de la naturalezaCientíficos de la naturaleza
Física Química BiologíaGeología
MateriaEnergíaInteracción entre la materia y la energía
Matemáticas
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Científicos de la naturalezaCientíficos de la naturaleza
Física Química BiologíaGeología
MateriaEnergíaInteracción entre la materia y la energía
EcologíaCiencias medioambientalesToxicologíaBioquímicaBiología molecularBiotecnologíaAstrofísicaetc….
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Biología
Bioquímica
Biología molecular
Biotecnología
Biomedicina
Las moléculas tienen un papel relevante
La biología moderna tiene una aproximación molecular
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Biotecnología:área multidisciplinar con múltiples aplicaciones
Ciencias básicas: biología celular, genética, bioquímica, biología molecular, biofísica, química, matemáticas,…
Ciencias aplicadas: ingeniería industrial (procesos), ingeniería química, medicina,….
Aplicaciones: medicina, genética (pruebas y terapias), agricultura, alimentación, cosmética, medio ambiente, síntesis química de productos de alto valor añadido,…
Relevancia de la química
La química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, especialmente a nivel atómico y molecular.
La materia que conocemos está formada por partículas más pequeñas: las moléculas, que están formadas por átomos.
Las moléculas son los componentes básicos de la materia que nos rodea.
Por lo tanto, todo es química.
¿Qué es la Química?
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Átomo, elemento químico.
Elemento químico: sustancia formada por una única clase de átomos (con el mismo número de protones en el núcleo).
¿La Química empieza en los electrones?Responsable de los enlaces químicos, que es lo que hace que la materia sea estable.Enlace químico (interacción entre electrones): la interacción que mantiene a los átomos unidos en la molécula. Pero la posición de los núcleos es fundamental.
Toda la materia está formada por sólo 90 clases de átomos.
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CARBONO
6+2+4- 4
[He] 2s22p2
C
NO-METAL METALES ALCALINOS
METALES ALCALINO-TÉRREOS
METALES DE TRANSICIÓN
SEMICON-DUCTOR
GASES NOBLES
LANTÁNIDOS ACTÍNIDOSSÓLIDOS SINTÉTICOSGASEOSOS LÍQUIDOS(30ºC)
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOSHHIDRÓGENO
1 1,0079
1s1
+1- 1
LiLITIO
3
[He] 2s1
+1 BeBERILIO
4
[He] 2s2
+2
MgMAGNESIO
12 24,305+2
NaSODIO
11 22,990+1
KPOTASIO
19 39,098+1 Ca
CALCIO
20 40,078+2
SrESTRONCIO
38 87,62+2
RbRUBIDIO
37 85,468+1
CsCESIO
55 132,91+1
BaBARIO
56 137,33+2
FrFRANCIO
87 (223,02)+1
RaRADIO
88 (226,03)+2
LrLAURENCIO
103 (262,11)
LuLUTECIO
71 174,97
[Xe] 4f145d16s2
YITRIO
39 88,906
ZrCIRCONIO
40 91,224+4
NbNIOBIO
41 92,906+3+5 Mo
MOLIBDENO
42 95,94+2+3+4+5+6
TcTECNECIO
43 98,907+4+6+7
HfHAFNIO
72 178,49
[Xe] 4f145d26s2
+4
TaTÁNTALO
73 180,95
[Xe] 4f145d36s2
+5
WWOLFRAMIO
74 183,84
[Xe] 4f145d46s2
+2+3+4+5+6
RfRUTHERFORDIO
104
DbDUBNIO
105
SgSEABORGIO
106 (266,12)
BhBOHRIO
107 (264,12)
ReRENIO
75 186,21
[Xe] 4f145d56s2
+4+6+7
RuRUTENIO
44 101,07+3+4+8 Rh
RODIO
45 102,91+1+2+3+4 Pd
PALADIO
46 106,42+2+4
OsOSMIO
76 190,23
[Xe] 4f145d66s2
+4+6+8 Ir
IRIDIO
77 192,22
[Xe] 4f145d76s2
+1+2+3+4+6
PtPLATINO
78 195,08
[Xe] 4f145d96s1
+2+4
HsHASSIO
108 (277)
MtMEITNERIO
109 (268,14)
[Rn] 5f146d77s2
DsDARMSTADTIO
110 (281)
[Rn] 5f146d97s1
AgPLATA
47 107,87+1+2 Cd
CADMIO
48 112,41
AuORO
79 196,97
[Xe] 4f145d106s1
+1+3 Hg
MERCURIO
80 200,59
[Xe] 4f145d106s2
RgROENTGENIO
111 (272,15)
UubUNUNBIO
112 (285)
ScESCANDIO
21 44,956+3
TiTITANIO
22 47,867+2+3+4 V
VANADIO
23 50,942+2+3+4+5 Cr
CROMO
24 51,996+2+3+6 Mn
MANGANESO
25 54,938+2+3+4+6+7
FeHIERRO
26 55,845+2+3+6 Co
COBALTO
27 58,933+2+3 Ni
NÍQUEL
28 58,693+2+3 Cu
COBRE
29 63,546+1+2
30 65,409
ZnCINC
[Ar] 3d104s2
+2
+2
+1+2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
[Ne] 3s1 [Ne] 3s2
[Ar] 4 s1 [Ar] 4 s2
[Kr] 5s1 [Kr] 5 s2
[Xe] 6 s1 [Xe] 6 s2
[Rn] 7 s1 [Rn] 7 s2
[Ar] 3d14s2 [Ar] 3d24s2 [Ar] 3d34s2 [Ar] 3d54s1 [Ar] 3d54s2 [Ar] 3d64s2 [Ar] 3d74s2 [Ar] 3d84s2
[Kr] 4d105s1[Kr] 4d10 [Kr] 4d105s2[Kr] 4d85s1[Kr] 4d75s1[Kr] 4d65s2[Kr] 4d55s1[Kr] 4d45s1[Kr] 4d15s2 [Kr] 4d25s2
+3
+3
+3
[Rn]5f146d107s2[Rn]5f146d107s1[Rn] 5f146d37s2 [Rn] 5f146d47s2 [Rn] 5f146d57s2 [Rn] 5f146d67s2
**
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2
Uue Ubn119 120
UNUNENIO UNBINILIO[Uuo] 8s1 [Uuo] 8s2
9,01226,941
AlALUMINIO
26,982
InINDIO
114,82+3
GaGALIO
69,723
SiSILICIO
14 28,086
PFÓSFORO
15 30,974
SAZUFRE
16 32,065
GeGERMANIO
32 72,64
AsARSÉNICO
33 74,922
SeSELENIO
34 78,96
SnESTAÑO
50 118,71
SbANTIMONIO
51 121,76
TeTELURIO
52 127,60
ClCLORO
17 35,453
ArARGÓN
18 39,948
BrBROMO
35 79,904
KrCRIPTÓN
36 83,798
IYODO
53 126,90
XeXENÓN
54 131,29
BBORO
18,811
[He] 2s22p1
+ 3
CCARBONO
6 12,011
NNITRÓGENO
7 14,007
OOXÍGENO
8 15,999
+2+4+6- 2
FFLÚOR
9 18,998 10 20,180
NeNEÓN
TlTALIO
204,38+1+3 Pb
PLOMO
82 207,2
BiBISMUTO
83 208,98
PoPOLONIO
84 (208,98)
AtASTATO
85 (209,99)
RADÓN
86 (222,02)
Rn
2 4,0026
HELIO1s2
He0
0
0
024
0+2+4+6+8
02
+ 3
+ 3
[He] 2s22p2 [He] 2s22p3 [He] 2s22p4 [He] 2s22p5 [He] 2s22p6
[Ne] 3s23p1 [Ne] 3s23p2 [Ne] 3s23p3 [Ne] 3s23p5[Ne] 3s23p4 [Ne] 3s23p6
+2+4- 4
+2+4- 4
+2+4
+2+4
+2+4
+2+3+4+5- 2- 3
+3+5- 3
+3+5- 3
+3+5- 3
+3+5
+2+4
+1+3+5+7- 1
- 1- 2
+4+6- 2
+4+6- 2
+1+3+5+7- 1
+1+3+5+7- 1
+1+3+5+7- 1
- 1
[Ar] 3d104s24p1 [Ar] 3d104s24p2 [Ar] 3d104s24p3 [Ar] 3d104s24p4 [Ar] 3d104s24p5 [Ar] 3d104s24p6
[Kr] 4d105s25p2 [Kr] 4d105s25p3 [Kr] 4d105s25p4 [Kr] 4d105s25p5 [Kr] 4d105s25p6
[Xe]4f145d106s26p2 [Xe]4f145d106s26p3 [Xe]4f145d106s26p4 [Xe]4f145d106s26p5 [Xe]4f145d106s26p6
Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo113 114 115 116 117 118
UNUNTRIO UNUNCUADIO UNUNPENTIO UNUNHEXIO UNUNSEPTIO UNUNOCTIO[Rn]5f146d107s27p6[Rn]5f146d107s27p2 [Rn]5f146d107s27p5
(289)
18
13 14 15 16 17
(284) (288) (289)
13
49
31
5
81
[Kr] 4d105s25p1
[Xe]4f145d106s26p1
[Rn]5f146d107s27p1 [Rn]5f146d107s27p3 [Rn]5f146d107s27p4
(262,11) (262,11)
[Ar] 3d104s1
[Rn] 5f147s17p1? [Rn] 5f146d27s2?
Nº atómico Masa atómica
Estados de oxidación
Estructura electrónicaNombre
Símbolo
¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿?
LaLANTANO
57 138,91
[Xe] 5d16s2
+3
CeCERIO
58 140,12
[Xe] 4f15d16s2
+3+4 Pr
PRASEODIMIO
59 140,91
[Xe] 4f36s2
+3
NdNEODIMIO
60 144,24
[Xe] 4f46s2
+3
PmPROMETIO
61 (144,91)
[Xe] 4f56s2
+3
SmSAMARIO
62 150,36
[Xe] 4f66s2
+2+3
NpNEPTUNIO
93 (237,05)
PuPLUTONIO
94
EuEUROPIO
63 151,96
[Xe] 4f76s2
+2+3 Gd
GADOLINIO
64 157,25
[Xe] 4f75d16s2
+3
AmAMERICIO
95
[Rn] 5f77s2
CmCURIO
96 (247,07)
[Rn] 5f76d17s2
+3
TbTERBIO
65 158,93
[Xe] 4f96s2
+3
DyDISPROSIO
66 162,50
[Xe] 4f106s2
+3
HoHOLMIO
67 164,93
[Xe] 4f116s2
+3
ErERBIO
68 167,26
[Xe] 4f126s2
+3
TmTULIO
69 168,93
[Xe] 4f136s2
+3
YbITERBIO
70 173,04
[Xe] 4f146s2
+3
BkBERQUELIO
(247,07)+3+4 Cf
CALIFORNIO
98 (251,08)+3
EsEINSTENIO
99 (252,08)+3
FmFERMIO
100 (257,10)+3
MdMENDELEVIO
101 (258,10)+3
NOBELIO
102 (259,10)+3
No97
+3+4+5+6
+3+4+5+6
+3+4+5+6
(243,06)(244,06)89
UAcACTINIO
(227,03)
[Rn] 6d17s2
+1+3 Th
TORIO
90 232,04+4
PaPROTOACTINIO
91 231,04
[Rn] 5f26d17s2
URANIO
92 238,05+3+4+5+6
+3+4+5
[Rn] 6d27s2 [Rn] 5f36d17s2 [Rn] 5f46d17s2 [Rn] 5f67s2 [Rn] 5f97s2 [Rn] 5f107s2 [Rn] 5f117s2 [Rn] 5f127s2 [Rn] 5f137s2 [Rn] 5f147s2
* Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición
12,011 *
CARBONO
6+2+4- 4
[He] 2s22p2
C[He] 2s22p2
C
NO-METAL METALES ALCALINOS
METALES ALCALINO-TÉRREOS
METALES DE TRANSICIÓN
SEMICON-DUCTOR
GASES NOBLES
LANTÁNIDOS ACTÍNIDOSSÓLIDOS SINTÉTICOSGASEOSOS LÍQUIDOS(30ºC)
SÓLIDOSSÓLIDOS SINTÉTICOSSINTÉTICOSGASEOSOSGASEOSOS LÍQUIDOS(30ºC)
LÍQUIDOS(30ºC)
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOSHHIDRÓGENO
1 1,0079
1s1
+1- 1
LiLITIO
3
[He] 2s1
+1 BeBERILIO
4
[He] 2s2
+2
MgMAGNESIO
12 24,305+2
NaSODIO
11 22,990+1
KPOTASIO
19 39,098+1 Ca
CALCIO
20 40,078+2
SrESTRONCIO
38 87,62+2
RbRUBIDIO
37 85,468+1
CsCESIO
55 132,91+1
BaBARIO
56 137,33+2
FrFRANCIO
87 (223,02)+1
RaRADIO
88 (226,03)+2
LrLAURENCIO
103 (262,11)
LuLUTECIO
71 174,97
[Xe] 4f145d16s2
YITRIO
39 88,906
ZrCIRCONIO
40 91,224+4
NbNIOBIO
41 92,906+3+5 Mo
MOLIBDENO
42 95,94+2+3+4+5+6
TcTECNECIO
43 98,907+4+6+7
HfHAFNIO
72 178,49
[Xe] 4f145d26s2
+4
TaTÁNTALO
73 180,95
[Xe] 4f145d36s2
+5
WWOLFRAMIO
74 183,84
[Xe] 4f145d46s2
+2+3+4+5+6
RfRUTHERFORDIO
104
DbDUBNIO
105
SgSEABORGIO
106 (266,12)
BhBOHRIO
107 (264,12)
ReRENIO
75 186,21
[Xe] 4f145d56s2
+4+6+7
RuRUTENIO
44 101,07+3+4+8 Rh
RODIO
45 102,91+1+2+3+4 Pd
PALADIO
46 106,42+2+4
OsOSMIO
76 190,23
[Xe] 4f145d66s2
+4+6+8 Ir
IRIDIO
77 192,22
[Xe] 4f145d76s2
+1+2+3+4+6
PtPLATINO
78 195,08
[Xe] 4f145d96s1
+2+4
HsHASSIO
108 (277)
MtMEITNERIO
109 (268,14)
[Rn] 5f146d77s2
DsDARMSTADTIO
110 (281)
[Rn] 5f146d97s1
AgPLATA
47 107,87+1+2 Cd
CADMIO
48 112,41
AuORO
79 196,97
[Xe] 4f145d106s1
+1+3 Hg
MERCURIO
80 200,59
[Xe] 4f145d106s2
RgROENTGENIO
111 (272,15)
UubUNUNBIO
112 (285)
ScESCANDIO
21 44,956+3
TiTITANIO
22 47,867+2+3+4 V
VANADIO
23 50,942+2+3+4+5 Cr
CROMO
24 51,996+2+3+6 Mn
MANGANESO
25 54,938+2+3+4+6+7
FeHIERRO
26 55,845+2+3+6 Co
COBALTO
27 58,933+2+3 Ni
NÍQUEL
28 58,693+2+3 Cu
COBRE
29 63,546+1+2
30 65,409
ZnCINC
[Ar] 3d104s2
+2
+2
+1+2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
[Ne] 3s1 [Ne] 3s2
[Ar] 4 s1 [Ar] 4 s2
[Kr] 5s1 [Kr] 5 s2
[Xe] 6 s1 [Xe] 6 s2
[Rn] 7 s1 [Rn] 7 s2
[Ar] 3d14s2 [Ar] 3d24s2 [Ar] 3d34s2 [Ar] 3d54s1 [Ar] 3d54s2 [Ar] 3d64s2 [Ar] 3d74s2 [Ar] 3d84s2
[Kr] 4d105s1[Kr] 4d10 [Kr] 4d105s2[Kr] 4d85s1[Kr] 4d75s1[Kr] 4d65s2[Kr] 4d55s1[Kr] 4d45s1[Kr] 4d15s2 [Kr] 4d25s2
+3
+3
+3
[Rn]5f146d107s2[Rn]5f146d107s1[Rn] 5f146d37s2 [Rn] 5f146d47s2 [Rn] 5f146d57s2 [Rn] 5f146d67s2
**
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2
Uue Ubn119 120
UNUNENIO UNBINILIO[Uuo] 8s1 [Uuo] 8s2
9,01226,941
AlALUMINIO
26,982
InINDIO
114,82+3
GaGALIO
69,723
SiSILICIO
14 28,086
PFÓSFORO
15 30,974
SAZUFRE
16 32,065
GeGERMANIO
32 72,64
AsARSÉNICO
33 74,922
SeSELENIO
34 78,96
SnESTAÑO
50 118,71
SbANTIMONIO
51 121,76
TeTELURIO
52 127,60
ClCLORO
17 35,453
ArARGÓN
18 39,948
BrBROMO
35 79,904
KrCRIPTÓN
36 83,798
IYODO
53 126,90
XeXENÓN
54 131,29
BBORO
18,811
[He] 2s22p1
+ 3
CCARBONO
6 12,011
NNITRÓGENO
7 14,007
OOXÍGENO
8 15,999
+2+4+6- 2
FFLÚOR
9 18,998 10 20,180
NeNEÓN
TlTALIO
204,38+1+3 Pb
PLOMO
82 207,2
BiBISMUTO
83 208,98
PoPOLONIO
84 (208,98)
AtASTATO
85 (209,99)
RADÓN
86 (222,02)
Rn
2 4,0026
HELIO1s2
He0
0
0
024
0+2+4+6+8
02
+ 3
+ 3
[He] 2s22p2 [He] 2s22p3 [He] 2s22p4 [He] 2s22p5 [He] 2s22p6
[Ne] 3s23p1 [Ne] 3s23p2 [Ne] 3s23p3 [Ne] 3s23p5[Ne] 3s23p4 [Ne] 3s23p6
+2+4- 4
+2+4- 4
+2+4
+2+4
+2+4
+2+3+4+5- 2- 3
+3+5- 3
+3+5- 3
+3+5- 3
+3+5
+2+4
+1+3+5+7- 1
- 1- 2
+4+6- 2
+4+6- 2
+1+3+5+7- 1
+1+3+5+7- 1
+1+3+5+7- 1
- 1
[Ar] 3d104s24p1 [Ar] 3d104s24p2 [Ar] 3d104s24p3 [Ar] 3d104s24p4 [Ar] 3d104s24p5 [Ar] 3d104s24p6
[Kr] 4d105s25p2 [Kr] 4d105s25p3 [Kr] 4d105s25p4 [Kr] 4d105s25p5 [Kr] 4d105s25p6
[Xe]4f145d106s26p2 [Xe]4f145d106s26p3 [Xe]4f145d106s26p4 [Xe]4f145d106s26p5 [Xe]4f145d106s26p6
Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo113 114 115 116 117 118
UNUNTRIO UNUNCUADIO UNUNPENTIO UNUNHEXIO UNUNSEPTIO UNUNOCTIO[Rn]5f146d107s27p6[Rn]5f146d107s27p2 [Rn]5f146d107s27p5
(289)
18
13 14 15 16 17
(284) (288) (289)
13
49
31
5
81
[Kr] 4d105s25p1
[Xe]4f145d106s26p1
[Rn]5f146d107s27p1 [Rn]5f146d107s27p3 [Rn]5f146d107s27p4
(262,11) (262,11)
[Ar] 3d104s1
[Rn] 5f147s17p1? [Rn] 5f146d27s2?
Nº atómico Masa atómica
Estados de oxidación
Estructura electrónicaNombre
Símbolo
¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿? ¿?
LaLANTANO
57 138,91
[Xe] 5d16s2
+3
CeCERIO
58 140,12
[Xe] 4f15d16s2
+3+4 Pr
PRASEODIMIO
59 140,91
[Xe] 4f36s2
+3
NdNEODIMIO
60 144,24
[Xe] 4f46s2
+3
PmPROMETIO
61 (144,91)
[Xe] 4f56s2
+3
SmSAMARIO
62 150,36
[Xe] 4f66s2
+2+3
NpNEPTUNIO
93 (237,05)
PuPLUTONIO
94
EuEUROPIO
63 151,96
[Xe] 4f76s2
+2+3 Gd
GADOLINIO
64 157,25
[Xe] 4f75d16s2
+3
AmAMERICIO
95
[Rn] 5f77s2
CmCURIO
96 (247,07)
[Rn] 5f76d17s2
+3
TbTERBIO
65 158,93
[Xe] 4f96s2
+3
DyDISPROSIO
66 162,50
[Xe] 4f106s2
+3
HoHOLMIO
67 164,93
[Xe] 4f116s2
+3
ErERBIO
68 167,26
[Xe] 4f126s2
+3
TmTULIO
69 168,93
[Xe] 4f136s2
+3
YbITERBIO
70 173,04
[Xe] 4f146s2
+3
BkBERQUELIO
(247,07)+3+4 Cf
CALIFORNIO
98 (251,08)+3
EsEINSTENIO
99 (252,08)+3
FmFERMIO
100 (257,10)+3
MdMENDELEVIO
101 (258,10)+3
NOBELIO
102 (259,10)+3
No97
+3+4+5+6
+3+4+5+6
+3+4+5+6
(243,06)(244,06)89
UAcACTINIO
(227,03)
[Rn] 6d17s2
+1+3 Th
TORIO
90 232,04+4
PaPROTOACTINIO
91 231,04
[Rn] 5f26d17s2
URANIO
92 238,05+3+4+5+6
+3+4+5
[Rn] 6d27s2 [Rn] 5f36d17s2 [Rn] 5f46d17s2 [Rn] 5f67s2 [Rn] 5f97s2 [Rn] 5f107s2 [Rn] 5f117s2 [Rn] 5f127s2 [Rn] 5f137s2 [Rn] 5f147s2
* Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición
12,011 *
DIMÍTRI IVÁNOVICH MENDELÉIEV (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Químico ruso, creador de la Tabla Periódica de los elementos.
Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos base del sistema periódico que lleva su nombre.
En 1869 publicó la mayor de sus obras, “Principios de Química”, donde formulaba su famosa Tabla Periódica, traducida a todas las lenguas y que fue
libro de texto durante muchos años.
Se considera a Mendeléiev un genio, no sólo por el ingenio que mostró para aplicar todo lo conocido y predecir lo no conocido sobre los elementos
químicos, plasmándolo en su tabla periódica, sino por los numerosos trabajos realizados a lo largo de toda su vida en diversos campos científicos y
tecnológicos (agricultura, ganadería, industria petroquímica, etc).
Se nombró Mendelevio (Md) al elemento químico sintético de número atómico 101 en homenaje al ilustre químico ruso. El día 2 de febrero de 2007
se cumplió el centenario de su muerte.
Hidrógeno (H)
Oxígeno (O)
Carbono (C)
O
HO
HO
OH
OH
O
OH
OH
O
HO OH
El lenguaje de los químicos: las fórmulas y los nombres
Sacarosa: -D-glucopiranosil(1-2)--D-fructofuranósido
Algunas “visiones” y definiciones sobre la Química:
LA QUÍMICA: LA CIENCIA CENTRAL, ÚTIL Y CREATIVA.
LA QUÍMICA ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA.
LA QUÍMICA ENTRE LA BIOMEDICINA Y LA CIENCIA DE LOS MATERIALES.
LA QUÍMICA: CIENCIA UNIVERSAL
LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO.
¿Qué es la Química?
La Química es como el arte. Por ambos caminos obtienes cosas. Con la Química puedes cambiar el orden de los átomos y crear realidades que no
existían.
Jean-Marie Lehn (Premio Nobel de Química, 1987)Diario Vasco (Internet), 29-septiembre-2010
LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO
Otras “visiones” sobre la Química
Papel de la síntesis química (capacidad de obtener sustancias químicas):
Sustancias naturales (productos naturales)
Sustancias no-naturales (interés teórico o práctico) con mejores propiedades que las naturales
LA QUÍMICA, LA CIENCIA DE LO COTIDIANO
Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Química y sus aplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932)
Otras “visiones” sobre la Química
Los beneficios de la química
1) Nos proporciona una vida más larga.
2) La vida es más saludable. Hace medicinas que curan nuestras enfermedades, piezas de recambio para nuestro cuerpo, palia dolores y achaques.
3) Nos suministra agua que podemos beber, usar para nuestra higiene o regar nuestras plantaciones.
4) Nos ayuda a tener más y mejores alimentos.
5) Cuida de nuestro ganado.
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Los beneficios de la química
6) Nos proporciona energía: calor en invierno, frescor en verano, electricidad para la iluminación, nos permite circular en vehículos.
7) Hace que nuestras ropas y sus colores sean más resistentes y atractivos; mejora nuestro aspecto con perfumes, productos de higiene y de cosmética; contribuye en la limpieza del hogar y de nuestros utensilios; ayuda a mantener frescos nuestros alimentos; y prácticamente nos proporciona todos los artículos que usamos a diario.
8) Nos permite estar a la última en tecnología: el ordenador más potente y ligero; el móvil más ligero; el sistema más moderno de iluminación, el medio de transporte adecuado; el material para batir marcas deportivos; y muchas aplicaciones más.
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La Química y su relación con otras Ciencias
QUÍMICA
BiologíaBiomedicinaMedicina
BioquímicaBiología molecular
BiotecnologíaFísica
Ciencias de los materialesNanociencias
Nanotecnología
Ingeniería
GeologíaCiencias de la tierra
AstrofísicaAgriculturaVeterinaria
Ciencia de losalimentos
CienciasMedioambientales
Toxicología
Matemáticas
LA QUÍMICA, ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA
Otras “visiones” sobre la Química
QUÍMICABIOLOGÍA FÍSICA
¿Qué significa?
Objeto de estudio
Métodos de estudio
Aproximación científica
Aspectos filosóficos
La Química entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales
QUÍMICABIOLOGÍA FÍSICA
BIOMEDICINA
MedicinaBiología humanaBiología del organismoFisiologíaInmunologíaNeurocienciaEndocrinologíaBiología celularBiología molecularBiología química/Química biológicaBioquímicaBiotecnologíaQuímicaMaterialesFísicaMatemáticas
MATERIALES
QuímicaFísicaNanocienciaNanotecnologíaIngenieríaMatemáticas
Bioquímica, biología molecular, biotecnología, biomedicina:
Moléculas (metabolitos, biomacromoléculas), sus interacciones y transformaciones (reacciones químicas)
ProteínasÁcidos nucleicos
Carbohidratos (monosacáridos, oligosacáridos, polisacáridos)
LípidosAminoácidos
Metabolitos secundarios o productos naturales (terpenos, alcaloides, prostanoides, flavonoides, arenos,….)
GenómicaProteómica
Metabolómica
OxigenoCarbonoHidrogenoNitrógenoCalcioFósforo PotasioAzufreSodioCloroMagnesio
6518,59,53,31,51,00,40,30,20,20,1
Aluminio, Boro, Cromo, Cobalto, Cobre, Estaño, Flúor, Hierro, Manganeso, Molibdeno, Selenio, Silicio,Vanadio, Yodo, Zinc
Earl Frieden "The Chemical Elements of Life" Scientific American, 1972
AguaLípidosProteínasÁcidos Nucleicos GlúcidosMinerales
7015122
0,50,5
Gillian Pocock, Christopher D Richards “Fisiología humana: La base de la Medicina”, 2ª Edicion, Elsevier, 2005
Composición elemental (%) Composición molecular en tejidos magros (%)
La química del cuerpo humano
METABOLISMOHUMANO
Las relaciones entre la química y la biología
Extensión de la biología
La Bioquímica: antecedente de la química orgánica
¿Era necesario el invento de la “biología molecular”?
Invento de físicos
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Las relaciones entre la química y la biología molecular
¿Invento de físicos?
Lavoisier, Berzelius, Dalton, Wöhler, Kekulé, Raoult, Pasteur, Berthelot, Arrhenius, Willstätter, von Baeyer, Fischer, Ehrlich, Langmuir, Lewis, Staudinger, Hodking, Bernal, Urey, Edmann, Sanger, du Vigneau, Khorana, Wüthrich, y Pauling.
(Aparentemente) papel insignificante de la química en el nacimiento y desarrollo de la biología molecular
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Las relaciones entre la física y la biología a lo largo de la historia
Papel insignificante de la química en el nacimiento y desarrollo de la biología molecular
Biología moderna: racionalización a nivel molecular o a nivel evolutivo.
Estructura
Reactividad
Interacciones no covalentes
Relaciones estructura-propiedad
En definitiva, ¡Química!
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Nuevas vías de investigación en ciencias biológicas (especialmente enfocada a la biomedicina), para la que se necesitarán moléculas.
Síntesis, estructura, relación con la actividad biológica, es decir, química.
¿Papel de la química en esta investigación?
La química y la biología moderna
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La química y la vida
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Febrero de 2001
Science 291,1304-1351 (16 Febrero 2001)
Nature 409, 856-859 (15 Febrero 2001)
Proyecto Genoma Humano
Walter GILBERT Frederick SANGER
Premio Nobel de Química (1980)
Determinación de la secuencia de bases de los ácidos nucleicos
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La molécula de ADN es un “polinucleótido” = polímero de nucleótidos
¿Qué es un nucleótido?
NUCLEÓTIDO Pentosa(Azúcar de 5 át. de C)
Base nitrogenada Grupos fosfato(de uno a tres)
= + +
N
N
NH2
O
NH
N
O
O
H3C
R RCitosina Timina
nucleósido
nucleótido monofosfato
PURINA
PIRIMIDINA
ARN
nucleótido difosfato
nucleótido trifosfato
Ácidos nucleicos
Aspectos estructurales de la molécula de ADN
En los seres vivos está constituida por dos cadenas antiparalelas, formando la conocida “doble hélice”
Interacciones por enlaces de hidrogeno por pares A=T y C=G=
Estructura del DNA
El grupo OH en posición 3’ del anillo de desoxirribosa es fundamental para la polimerización de la molécula de ADN
: :
O
HO
HH
HH
PO
O-
O-
O
HO
HH
HH
PO O-
Base
Base
O
HOH
HH
HH
OBase
O
P-O O-
O-
5’
3’
O
HOH
HH
HH
OPO
O-
O
POP-O
O
O-
O
O-
Base
O
HO
HH
HH
PO
O-
O
O-
O
HO
HH
HH
PO O-
Base
Base
O
HO
HH
HH
OBase
PO O-
O
HOH
HH
HH
OBase
O
P-O
O-
5’
3’
OP-O
O-
O
OHP
O-
O
ADN Polimerasa
Biosíntesis de DNA
El nucleótido es el bloque fundamental
¿Cómo conocer el orden de los nucleótidos?
El OH en posición 3’ es el responsable de la polimerizaciónNUCLEÓTIDO
Grupo OH (3’)
Hebra de ADN
Secuenciación del DNA: Planteamiento del problema
Se puede separar ADN en función del tamaño
¿Distinta longitud?
SíParando la elongación de la cadena
¿Cómo?
Neutralizando el punto de crecimiento
Electroforesis Poliacrilamida-Urea(Resolución: 1 nucleótido)
DESOXINUCLEÓTIDOS (dNTP) vs DIDESOXINUCLEÓTIDOS (ddNTP)
ddATPdATP
Ausencia del grupo OH en posición 3’ del anillo de ribosa
No se puede formar el enlace fosfodiéster
Terminación química de la cadena de ADN
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polimerasa
muestra ADNdATPdCTP
dGTP
dTTP
ddATPddCTPddTTPddGTP
Identificación de los fragmentos
3’
5’
Fósforo radiactivo (32P y 33P)
MARCAJE
SOLUCIÓN:
5’aAAATCAATTCTGTGAACGATAATCCAGTCATTGATGTTGCCAGAGACAAAGCT 3'
pequeños
grandes
TAM
AÑ
O F
RAGM
ENTO
S
Identificación de los fragmentos
Separación de fragmentos por electroforesis capilar
…..
Pol. líquido
ATTGC A
Laser
Prisma
Detectores
-
VentanaReacción Secuencia
Capilar
…..…..
Pol. líquidoPol. líquido
ATTGC AATTGC A
LaserLaser
PrismaPrisma
DetectoresDetectores
--
VentanaVentanaReacción SecuenciaReacción Secuencia
CapilarCapilar
Automatización
Transmisión de información genética
DNA RNA Proteína
Dogma de la biología molecular
R
OH
NH2
O
aminoácido
H2NNH
R2
O R1
OH
O
péptido
Proteína: polímero de aminoácidos
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La Química y la vida: Proteínas
lámina β
hélice
5 10 15 20 25 30 1 A A S X D X S L V E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A 31 T T R X D D X D S A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A 61 G S F L A I V M G G G D L E V I L I X L A G Y Q E S S I X A 91 S R S L A A S M X T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S 121 X E F S S X A G S V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I 151 T X Q A X A F S L A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X 181 X X V A D I X D S H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G 211 S G V N A A Y W C D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X 241 V C C X Q D S F R K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X 271 A X K T F E K N S X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q 301 X H X X X A X D F X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D 331 L R X X X D L F X G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L 361 I A A Y A F R L V V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X 391 G S X R D Y S G F S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S 421 K P I X I T P A I D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A 451 X X S A X X A
Estructura Primaria Estructura Secundaria
Estructura Terciaria Estructura Cuaternaria
Subunidad dehemoglobina
Tetrámero dehemoglobina
× 4
La Química y la vida. Impacto sobre la salud.
Hemoglobina
La anemia falciforme:La primera enfermedad molecular (1949)
Enfermedad producida por la mutación de un único aminoácido (origen genético).
Linus Pauling. Premio Nobel de Química (1954) y de la Paz (1962)
HO2C CO2H
NH2
CO2H
NH2
Ácido Glutámico Valina
LA QUÍMICA Y LA SALUD
Medicamentos
Materiales para reparar nuestro cuerpo
Herramientas de trabajo
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Algunos compuestos, naturales y sintéticos, que mejoran nuestra salud.
Atorvastatin (“lipitor”)
Fluoxetina (“Prozac”)
Tiamina (Vitamina B1)
Adrenalina (Epinefrina)Hormona
Ácido acetilsalicílico(“aspirina”)
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Retos para el futuro:
Conocimiento a nivel molecular de las enfermedades
Enfermedades del envejecimiento
Enfermedades raras
Enfermedades de países en vías de desarrollo
Nanociencia
Nanotecnología
Nanobiotecnología
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La Química y la Biomedicina:Reacciones químicas dentro de las células.
Reacción de Suzuki
¿Hacer un fármaco “in situ”?
Yusop et al. Nature Chemistry, 2011, en prensa
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http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/http://educacionquimica.wordpress.com/
Aplicaciones de la biotecnología en síntesis orgánica (compuestos de alto valor añadido)
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Tipos de biocatalizadores
Células enteras
Preparaciones libres de célula
Otros sistemas
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Reacciones en condiciones suaves. Quimioselectividad.
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Ingeniería del metabolismo
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Evolución dirigida
Aplicaciones potenciales en medio ambiente
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