jueves, 3 de mayo de 2012

Lectura 15: Respiración

La respiración es el proceso mediante el cual los seres vivos liberan y aprovechan la energía almacenada en los nutrientes. De esta energía dependen todos los procesos metabólicos del organismo. La respiración puede ser aerobia o anaerobia.

La glucosa es un azúcar importante, porque es el combustible básico, con el cual funcionan los seres vivos

En la respiración anaerobia, los nutrientes se oxidan parcialmente en ausencia de oxígeno. A este tipo de respiración, se le conoce también con el nombre de fermentación.

La fermentación comienza luego de la difusión de la glucosa entro de la célula. A través de varias reacciones químicas, la glucosa se rompe en dos moléculas de tres carbonos (ácido pirúvico). El ácido pirúvico es transformado entonces en dióxido de carbono y alcohol etílico (fermentación alcohólica). La energía liberada durante estas reacciones se almacena y transporta en moléculas de ATP. Algunas bacterias transforman ácido pirúvico en ácido láctico (fermentación láctica). Tanto el alcohol etílico como el ácido láctico, aunque conservan gran parte de la energía de la glucosa, son eliminados como desecho. Todas las reacciones de la fermentación ocurren en la parte soluble del citoplasma. Algunas de esas reacciones se ilustran en la tabla 1.

Tabla 1. Principales reacciones de la fermentación alcohólica
  1. Glucosa + 2ATP → Glucosa 1,6 di fosfato + 2 agua
  2. Glucosa 1,6 di fosfato → 2 ácido fosfoglicérico
  3. Ácido fosfoglicérico → ácido pirúvico + ácido fosfórico
  4. Ácido pirúvico → acetaldehído + gas carbónico
  5. Acetaldehído → alcohol etílico

La primera reacción se denomina activación y prepara a la glucosa para su rompimiento en la segunda reacción, donde se producen dos moléculas de tres carbonos (ácido fosfoglicérico).

Durante la tercera reacción, el ácido fosfoglicérico libera el fósforo fijado durante la primera reacción y se transforma en ácido pirúvico.

Durante la cuarta reacción, el ácido pirúvico (de tres carbonos), produce acetaldehído (de dos carbonos) y libera un carbono en forma de gas carbónico. En este momento se obtiene buena parte de la energía producida durante la fermentación.

Finalmente, el acetaldehído se transforma en alcohol etílico que se elimina como desecho junto con el gas carbónico de la reacción anterior.

Se debe tener en cuenta, que todas las reacciones están reguladas por enzimas específicas.

El proceso de fermentación alcohólica puede resumirse en la siguiente ecuación:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Aunque la fermentación propiamente dicha, está asociada a microorganismos, esta ocurre en todos los tipos de organismos aerobios, incluyendo animales y plantas. En animales por ejemplo, la fermentación láctica proporciona la mayor parte de la energía necesaria para la contracción de las células del tejido muscular esquelético bajo condiciones anaerobias.

En la industria se utilizan microorganismos fermentadores para producir licores, kumis, yogurt, mantequilla, queso, pan, vinagre, alcoholes y otras sustancias.

En la respiración aerobia, el organismo intercambia oxígeno y gas carbónico con el medio ambiente. El oxígeno, en el interior de las células, realiza la combustión (oxidación) de los nutrientes, generando energía suficiente para mantener el metabolismo .La respiración aerobia se realiza por vías metabólicas dependientes de oxígeno que liberan prácticamente toda la energía contenida en la glucosa.

El proceso se realiza en tres etapas: glucólisis, ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa

La glucólisis se lleva a cabo en la parte soluble del citoplasma, el ciclo de Krebs ocurre en la matriz de las mitocondrias y la fosforilación oxidativa se realiza en la membrana interna de las mitocondrias.

La glucólisis, que corresponde al rompimiento de la molécula de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico tal como ocurre en las primeras etapas de la fermentación.

El ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs, que consiste en una serie de reacciones químicas en la matriz de la mitocondria, cuyo fin, es la degradación oxidativa de las moléculas de ácido pirúvico, hasta gas carbónico, liberando la energía contenida en sus enlaces.

Sin embargo, identificar el ciclo del ácido cítrico como un proceso que cumple solo este papel metabólico sería incorrecto, puesto que este tiene una finalidad mucho más amplia. Es decir, que además de servir como fuente principal de energía metabólica en forma de ATP, los compuestos intermediarios del ciclo, pueden participar en reacciones de biosíntesis y formarse a partir de reacciones catabólicas. En resumen, el ciclo de Krebs integra rutas metabólicas relacionadas con el anabolismo y el catabolismo de sustancias como carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y otras. La figura 1, ilustra estos procesos.

La fosforilación oxidativa, que consiste en una serie de reacciones que ocurren en la membrana interna de la mitocondria y tiene como fin sintetizar moléculas de ATP a partir de ADP y fósforo libre, utilizando como energía de enlace, la energía liberada durante el ciclo de Krebs. Este proceso es progresivo. Los electrones pasan de un estado de energía a otro, hasta el aceptor final que es el oxígeno. En su camino, van liberando la energía que va siendo utilizada en la síntesis de ATP. A la fosforilación oxidativa se le llama también, cadena transportadora de electrones, o cadena respiratoria.

El proceso de respiración aerobia puede resumirse en la siguiente ecuación:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Esto significa que Por cada mol de glucosa (180 gramos), se consumen 6 moles de oxígeno y se producen 6 moles de gas carbónico, 6 moles de agua y la energía obtenida es almacenada en 36 moles de ATP (686 kilocalorías aproximadamente

Taller de lectura 15

  1. ¿Qué es respiración?
  2. ¿En qué procesos se utiliza la energía liberada durante el proceso de respiración?
  3. ¿Cuáles son las clases de respiración?
  4. ¿Cuál es la importancia de la glucosa en los procesos respiratorios?
  5. ¿Qué le pasa a los nutrientes durante la respiración anaerobia?
  6. ¿Qué otro nombre recibe la respiración anaerobia?
  7. Nombre las dos clases de fermentación
  8. ¿Durante la fermentación alcohólica, en que sustancias se transforma la glucosa que entra en las células?
  9. ¿Qué sustancias almacenan y transportan la energía dentro de las células?
  10. ¿En qué parte de la célula ocurren las reacciones propias de la fermentación?
  11. ¿Qué función cumple la fermentación láctica en las células animales?
  12. ¿Qué productos industriales se obtienen utilizando microorganismos fermentadores?
  13. Escriba la ecuación que resume el proceso de fermentación alcohólica
  14. ¿Cuál es la función del oxígeno en el proceso de respiración aerobia?
  15. ¿Cuáles son las etapas de la respiración aerobia? ¿En qué parte de la célula se realiza cada etapa?
  16. ¿Qué es glucólisis?
  17. ¿Qué es el ciclo de Krebs?
  18. ¿Qué rutas metabólicas integra el ciclo de Krebs?
  19. ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa y cuál es su finalidad?
  20. ¿Qué le pasa a los electrones durante la fosforilación oxidativa?
  21. ¿Qué otros nombres recibe la fosforilación oxidativa?
  22. Escriba la ecuación que resume la respiración aerobia y lo que ella significa.
Copie las preguntas 23 a 30 y respóndalas, marcando con X, la respuesta correcta
  1. Del esquema “Ciclo de Krebs y otras vías metabólicas”, se puede deducir que:
    1. Además de la glucosa, también son fuente de energía los ácidos grasos y los aminoácidos
    2. El ciclo de Krebs es la única vía para la síntesis de aminoácidos
    3. La función principal del ciclo de krebs es la producción de ácidos nucleicos
    4. El ciclo de Krebs sólo interviene en procesos catabólicos.
  2. Cuando un organismo toma oxígeno disuelto en el aire o en el agua y elimina gas carbónico, su respiración es:
    1. Por fermentación alcohólica
    2. Por fermentación láctica
    3. Aerobia
    4. Anaerobia
  3. Las etapas de la respiración aerobia se realizan en el siguiente orden:
    1. Producción de ATP – glucolisis en la matriz de la mitocondria – ciclo de Krebs en el citoplasma – fosforilación oxidativa en el citoplasma
    2. Glucólisis en el citoplasma – ciclo de Krebs en la matriz de la mitocondria – fosforilación oxidativa en la membrana interna de la mitocondria – producción de ATP
    3. fosforilación oxidativa en la membrana interna de la mitocondria - Producción de ATP - Glucólisis en el citoplasma - ciclo de Krebs en el citoplasma
    4. Producción de ATP - fosforilación oxidativa en la membrana interna de la mitocondria - ciclo de Krebs en la matriz de la mitocondria - Glucólisis en el citoplasma
  4. Bajo ciertas condiciones, las células musculares realizan fermentación láctica. Es decir:
    1. Cuando las células musculares han perdido sus mitocondrias
    2. Cuando las células musculares pierden la capacidad de obtener glucosa
    3. Cuando las células musculares no cuentan con el oxígeno suficiente para la respiración aerobia
    4. Cuando el organismo está en reposo y sus células musculares se encuentran prácticamente inactivas
  5. Además de la presencia o ausencia de oxígeno, la respiración aerobia difiere de la fermentación en que:
    1. La fermentación solo se realiza en células sin mitocondrias
    2. La respiración aerobia es la única en la que se producen desechos gaseosos
    3. La fermentación requiere de ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa
    4. La respiración aerobia aprovecha la mayor parte de la energía almacenada en la glucosa y la fermentación no.
  6. De acuerdo con la tabla 1, la activación de la glucosa requiere que:
    1. El ácido pirúvico se transforme en acetaldehído y gas carbónico
    2. Cada mol de glucosa reaccione con dos moles de ATP
    3. La glucosa produzca ATP
    4. La glucosa produzca energía
Responda las preguntas 29 y 30 con base en la siguiente información:

Muchos son los experimentos que se han realizado para determinar la manera como se llevan a cabo ciertas reacciones en un organismo. Una de las técnicas, es marcar las sustancias con átomos radiactivos. Al marcar glucosa con carbono radiactivo y luego analizar las sustancias intermedias y de desecho, se va determinando el orden en que se produce cada reacción.

  1. Si se administra a una célula glucosa con carbono radiactivo, y luego se detecta este carbono en el gas carbónico eliminado como desecho se puede deducir que:
    1. La energía obtenida durante la respiración es consecuencia de la degradación de la glucosa
    2. El organismo se ha contaminado con material radiactivo y todos sus compuestos presentarán radiación
    3. La radiactividad del carbono inicial es la fuente de energía de la respiración
    4. La radiación pudo haber afectado el metabolismo del organismo y la presencia de este carbono en el gas carbónico final no es prueba suficiente para determinar el orden de las reacciones
  2. Durante la respiración aerobia, se producen como desecho gas carbónico y agua. Si a un organismo se le administra oxígeno radiactivo y este sólo aparece en el agua final, se puede deducir que:
    1. En la primera reacción de la respiración, el oxígeno radiactivo se combina con la glucosa reemplazando sus oxígenos originales
    2. El oxígeno participa sólo en el último paso del proceso, puesto que no aparece en ninguna sustancia intermedia
    3. La radiactividad del oxígeno inicial, pasó a los oxígenos de los demás compuestos involucrados en el proceso
    4. El oxígeno no cumple ninguna función en el proceso respiratorio.

miércoles, 28 de marzo de 2012

Lectura 1: ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS Parte 1.

La materia es energía concentrada, según su naturaleza atómica es discontinua y sus átomos están en permanente movimiento.

Elemento Químico: Sustancia pura compuesta por una misma clase de átomos y que no puede descomponerse en otras sustancias más sencillas. Se conocen 112 elementos. A cada elemento químico se le asigna un símbolo. Por ejemplo: P, fósforo; Hg, mercurio.

Compuesto Químico: Sustancia pura formada por dos o más clases de átomos en una relación fija y determinada. Sus elementos se unen entre sí por medio de enlaces. Ej. : La glucosa (C6 H12 O6) está formada por elementos carbono, hidrógeno y oxígeno.

El átomo:

Es la unidad más pequeña que forma la materia; es la mínima porción de un elemento químico que puede participar en una reacción química. Los átomos están constituidos por:

Protones: Presentan carga eléctrica positiva y están en el núcleo. El número de protones que tiene un átomo se llama número atómico (z). Cada elemento químico tiene un número atómico.

Neutrones: Carecen de carga eléctrica, se encuentran en el núcleo del átomo y su masa es aproximadamente igual a la del protón. La suma de protones y neutrones de un átomo se llama número de masa (A).

Electrones: Tienen carga eléctrica negativa, se encuentran alrededor del núcleo. En un átomo neutro el número de protones es igual al de electrones. Cuando un átomo neutro gana o pierde electrones se convierte en un ión. Si gana electrones queda con carga negativa y se llama anión, y si pierde electrones, queda con carga positiva y se llama catión.

La molécula: Es la mínima porción de un compuesto químico que conserva las características de él. Resulta de la unión de dos o más átomos en una relación fija.

Masa atómica relativa: Es la masa de un átomo expresada con relación al átomo de carbono (C -12) que se tomó y se le asignaron 12 unidades de masa atómica (u.m.a).
Ejemplo: el azufre (S) tiene una masa atómica = 32,064 u.m.a.

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento con igual número atómico y diferente número de neutrones, es decir distinta masa en el núcleo. Así, el hidrógeno, presenta tres isótopos: Prótio (A = 1), Deuterio (A = 2) y Tritio (A = 3).

Modelo atómico actual:

  • Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones
  • En el núcleo se encuentra la carga positiva y casi la totalidad de la masa.
  • Los electrones se localizan alrededor del núcleo en niveles de energía y sus energías están cuantificadas. Los niveles de energía se identifican con los números 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, o por las letras mayúsculas K, L., M, N, O, P, Q. Entre más alejados estén los niveles de energía del núcleo, mayor serán su energía. El número máximo de electrones está dado por la expresión 2n2 donde n representa el nivel de energía. Para el tercer nivel n = 3, el número máximo de electrones es 2 (3)2 = 18 electrones.

  • Los niveles de energía presentan subniveles de energía, que se identifican por las letras minúsculas s, p, d y f y cada uno pueden tener un número máximo de electrones de 2, 6, 10 y 14 respectivamente. En los subniveles de energía se encuentran los orbitales que son las regiones donde existe una mayor posibilidad de localizar un electrón.

  • En el núcleo existen fuerzas nucleares encargadas de mantener unidos a los protones y a los neutrones.

Configuración electrónica:

Es la forma como se distribuyen los electrones en los diferentes niveles y subniveles de energía y se representa por medio de la notación espectral o configuración electrónica. Por ejemplo, la expresión 2p3, indica que en el segundo nivel de energíahay tres electronesen el subnivel p. 2= Nivel de energía p = Subnivel 3 = Número de electrones.

Llenado de electrones por subniveles de energía: Los electrones tienden a ocupar primero los subniveles de menor energía. El siguiente esquema establece la secuencia con que se llenan los orbitales.

La configuración electrónica de un elemento, está relacionada con su número atómico. Para el potasio (K), por ejemplo, la suma total de exponentes, debe ser igual al número atómico del potasio (19).

1S2
2S2 2P6
3S2 3P6 3d10
4S2 4P6 4d10 4f14
5S2 5P6 5d10 5f14
6S2 6P6 6d10 6f14
7S2 7P6 7d10 7f14
Siguiendo el esquema, la secuencia con la que se le llenan los orbitales para el átomo de potasio es:

1s2 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ELEMENTOS

La ley periódica: Mendeleiev organizó los elementos químicos según su número y masa atómica en orden creciente. La ley periódica establece que al ordenar los elementos químicos según sus números atómicos crecientes, se presenta una repetición periódica de ciertas propiedades.


Tabla periódica moderna: La tabla de Mendeleiev es la precursora de la tabla periódica actual, que sigue el criterio de Henry Moseley de ordenar los elementos según su número atómico creciente. Los elementos están organizados en grupos (columnas) y periodos (filas)

Grupos o familias: Se designan con números romanos y letras. Los grupos IA a VIA se llaman elementos representativos y los grupos B (menos II B) y las series lantánidas y actínida conforman los elementos de transición. El grupo VII A corresponde a los gases nobles. Los elementos de un mismo grupo presentan igual número de electrones de valencia y propiedades químicas semejantes.

Períodos: Se designan con números arábigos del 1 al 7. Los elementos ubicados en el mismo período tienen igual cantidad de niveles de energía.


Regla de Octeto: Si dos o más átomos se unen, cada uno tiende a completar ocho electrones de valencia, es decir, adquirir la estructura electrónica del gas noble más cercano, la cual es una configuración muy estable.

Electronegatividad. Es la capacidad que tiene un átomo para atraer y retener los electrones de valencia. Los átomos que poseen esta propiedad se llaman electronegativos, como el flúor y el bromo. Otros como el sodio, tienen tendencia a ceder los electrones y se llaman electropositivos.

Taller de lectura 1:

  1. ¿Qué es la materia?
  2. ¿Qué es un elemento químico? De ejemplos
  3. ¿Qué es un compuesto químico? De ejemplos
  4. ¿Qué es un átomo?
  5. ¿Qué son protones?
  6. ¿Cómo se llama al número de protones que tiene un átomo?
  7. ¿Qué son neutrones?
  8. ¿Cómo se llama a la suma de protones y neutrones en un átomo?
  9. ¿Qué son electrones?
  10. ¿En qué se convierte un átomo neutro cuando gana o pierde electrones?
  11. ¿Qué es una molécula?
  12. ¿Qué es masa atómica relativa?
  13. ¿Qué son isótopos? De ejemplos
  14. Escriba las cinco características del modelo atómico actual
  15. ¿Qué es la configuración electrónica?
  16. ¿Cómo organizó Mendeleiev los elementos químicos?
  17. ¿Qué establece la ley periódica?
  18. ¿Qué es electronegatividad? ¿Cómo se llama a los elementos que tienen esta propiedad?