METABOLISMO CELULAR

Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.
Los seres vivos son sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. como un torbellino o una llama
Son esencialmente máquinas químicas. Regulados por enzimas
Han de construirse a sí mismos: Obtener energía y materales
Hasta los organismos más sencillos de tipo bacteriano tienen más de 1000 reacciones químicas diferentes
Necesitan energía para

• Transporte de sustancias
• Movimientos
• Transformar la materia para adecuarla a su estructura
  Biosíntesis en mam: Prótidos 70-90%. A.N 15%. Lip 10%. Glúc 5% (mucho más en plantas)

ATP

La unidad de energía en el metabolismos es el ATP. Donador inmediato de energía ATP --> ADP+Pi + 7.3 Kcal/mol ATP --> AMP+PPi + 10.9 Kcal/mol

El ATP ha de regenerarse constantemente. No vale como almacén de energía.

Por ejemplo el ATP en una célula muscular activa se consume en menos de 1 segundo
Los metaboltos de reserva pueden proporcionar energía otros pocos segundos
Luego el ATP debe regenerarse por el metabolismo

ATP total humano 100 g
Consumo en reposo 40 Kg/día
Carrera de 2 horas 60 Kg
Ejercicio intenso 0.5 Kg/min

Tipos de metabolismo

Anabolismo Parte constructiva del metabolismo Se forman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requiere aporte de energía en forma de ATP
Catabolismo Parte detructiva del metabolismo Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas. Más oxidadas: menos H o más O Pueden producir energía en forma de ATP

• Anabolismo y catabolismo son simultáneos y a veces sin límites precisos
  • Algunas etapas de anabolismo y catabolismo son comunes.
  • Otras etapas son diferentes lo que permite la regulación de los procesos.
  • Muchas rutas metabólicas parten de bases comunes que van bifurcándose
• Los compuestos complejos han de fabricarlos siempre las propias células
  Proteínas, polisacáridos, fosfolípidos, ácidos nucléicos
• Los compuestos sencillos pueden elaborarlos algunas células o obtenerlos del exterior.
  • La trasformación de compuestos inorgánicos a orgánicos sólo algunos seres vivos: litotrofos
  • Los quimiotrofos toman moléculas inorgánicas y algunas orgánicas de pequeño tamaño
• Cada organismo o tipo de célula tiene necesidades metabólicas propias.
• En circunstancias diferentes se puede modificar el metabolismo celular.
  Por ejemplo disponibilidad de nutrientes...Diferenciación celular...
• La energía química de moléculas grandes en general es mayor que la de las pequeñas
  • Para fabricar macromoléculas se requier consumo de ATP. Anabolismo gasta ATP
  • Cuando se destruyen macromoléculas se obtiene energía.
  • Nunca se obtiene la misma cantidad de ATP por catabolismo que la gastada el mismo proceso anabólico.
    Existen pérdidas como en cualquier máquina o proceso termodinámico
• Los componenetes de los seres vivos son mayoritariamente moléculas orgánicas que están más reducidas que la materia inorgánica presente en el entorno.
  Se utilizan diversas sustancias para reducir y oxidar sustancias químicas en las células:NAD . NADP y FAD
• Rutas metabólicas

• Los enzimas aumentan la velocidad de reacción de determinadas reacciones químicas Con ello consiguen dirigir las transformacuiones de materiales deseados Las reacciones químicas son reversibles. Su sentido depente de: Diferencia de energía Concentración de nurtrientes Algunas reacciones pueden discurrir en un determinado sentido contra la energía de las moléculas si la concentración de reactivos es muy elevada y la de producto muy baja. Los enzimas reguladores modulan el ritmoSuelen estar al comienzo de las rutas o en bifurcacionesPueden estar en aquellas reacciones que por su diferencia energética impulsan la rección en un determinado sentido

  Ejemplo de regulación de ruta metabólica de síntesis de algunos aminoácidos

Necesidades nutricionales de algunos organismos   Rata Mamífero omnivoro Leuconostoc Ambientes ricos en nutrientes Bacteria  quimiorganotrofa fermentadora Planta Fotolitotrofa Aminoácidos Arg His Ile Leu Lys Met Phe Tre Trp Val . . . . . . . . . . Ala Gln Lys Thr Arg Gly Met Trp Asn His Phe Tyr Asp Ile Pro Val Cys Leu Ser .     Otros compuestos orgánicos Varios A.Grasos poliinsaturados Colina Inositol Adenina. Guanina Uracilo Xantina Glicerina Un único compuesto orgánico sencillo por ejemplo Glicerina   Vitaminas Tiamina Rivoflavina A. Nicotínico A. Pantoténico Piridoxina Biotiba Vit B12 A. Fólico Vit. A Vit D Vit E Vit K Tiamina Rivoflavina A. Nicotínico A. Pantoténico Piridoxina Biotina A. Aminobenzoico A. Fólico     Sales Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl NH3 Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl NO3H Gases O2 O2   CO2 Agua H2O H2O H2O H2O Otros       Luz  Algunos ejemplos de metabolismo A continuación se muestra el metabolismo general de algunos tipos celulares En los esquemas se muestran simplificadas las principales trasformaciones de compuestos químicos celulares y rutas de obtención y gasto energético Bacteria respiradora Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Un compuesto orgánico simple: glicerina Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Oxidando la glicerina en la respiración Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Bacteria fermentadora Quimiorganotrofo Anaerobio Fuente de carbono : Un monosacárido: Glucosa Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Transformando la glucosa en Ácido Láctico Célula fotosintética Fotolitotrofo Fuente de carbono : Dióxido de carbono Lo utiliza para sintetizar compuestos orgánicos y de estos el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Produce oxígeno molecular como producto de desecho Obtención de energía: Captación de fotones en la fotosíntesis Célula utilizando reservas de energía Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Reserva de polisacáridos (glucógeno, almidón,...) Lo convierte en monosacáridos (glucosa) y compuestos más sencillos Utiliza estos compuestos para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Oxidación del la glucosa en la respiración Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Célula de un animal (pluricelular) Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Compuestos del medio interno: monosacáridos, aminoácidos, grasas... Los utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Obtención de energía: Oxidando estos compuestos en la respiración. Principalmente glucosa, pero también otros Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Produce excedentes de nitrógeno que han de ser eliminados

METABOLISMO CELULAR

FORMULACION Y NOMENCLATURA DE LOS ESTERES

FUNCIÓN ÉSTERES

Fundamento

Etimológicamente, la palabra "éster" proviene del alemán Essig-Äther (éter de vinagre), como se llamaba antiguamente al acetato de etilo. En la química, los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico reemplaza a un átomo de hidrógeno (o más de uno) en un ácido oxigenado. Un oxoácido es un ácido inorgánico cuyas moléculas poseen un grupo hidroxilo (–OH) desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ión hidrógeno, hidrón o comúnmente protón, (H⁺). 

PROCESO DE ESTERIFICACIÓN

Acido carboxílico          Alcohol                           Ester

 Nomenclatura de ésteres

Propiedades

Los ésteres dan sabor y olor a muchas frutas y son los constituyentes mayoritarios de las ceras animales y vegetales.

En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el ácido sulfúrico. Por ejemplo, el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado "éster dimetílico del ácido sulfúrico".

Muchos ésteres tienen un aroma característico, lo que hace que se utilicen ampliamente como sabores y fragancias artificiales. Por ejemplo:

• Acetato de 2 Etil Hexilo: olor a dulzón suave
• butanoato de metilo: olor a Piña
• salicilato de metilo (aceite de siempreverde o menta): olor de las pomadas Germolene
• octanoato de heptilo: olor a frambuesa
• etanoato de pentilo: olor a plátano
• pentanoato de pentilo: olor a manzana
• butanoato de pentilo: olor a pera o a albaricoque
• etanoato de octilo: olor a naranja.

APLICACIÓN INDUSTRIAL DE LOS ÉSTERES

• DisolventesLos ésteres de bajo peso molecular son líquidos y se acostumbran a utilizar como disolventes, especialmente los acetatos de los alcoholes metílico, etílico y butílico.
• PlastificantesEl acetatopropionato de celulosa y el acetatobutirato de celulosa han conseguido gran importancia como materiales termoplásticos. El nitrato de celulosa con un contenido de 10,5-11% de nitrógeno se llama piroxilina y con alcohol y alcanfor (plastificante) forma el celuloide. El algodón dinamita es nitrato de celulosa con el 12,5-13,5% de nitrógeno. La cordita y la balistita se fabrican a partir de éste, que se plastifica con trinitrato de glicerina (nitroglicerina). Los sulfatos de dimetilo y dietilo (ésteres del ácido sulfúrico) son excelentes agentes de alcoholización de moléculas orgánicas que contienen átomos de hidrógeno lébiles, como por ejemplo, el midón y la celulosa.
• Aromas artificialesMuchos de los ésteres de bajo peso molecular tienen olores característicos a fruta: plátano (acetado de isoamilo), ron (propionato de isobutilo) y piña (butirato de butilo). Estos ésteres se utilizan en la fabricación de aromas y perfumes sintéticos.
• Aditivos AlimentariosEstos mismos ésteres de bajo peso molecular que tienen olores característicos a fruta se utilizan como aditivos alimentarios, por ejemplo, en caramelos y otros alimentos que han de tener un sabor afrutado.
• Productos FarmacéuticosProductos de uso tan frecuente como los analgésicos se fabrican con ésteres.
• Polímeros DiversosLos ésteres de los ácidos no saturados, por ejemplo, del ácido acrílico o metacrílico, son inestables y se polimerizan rápidamente, produciendo resina; así, el metacrilato de metilo (lucita o plexiglás). De manera análoga los ésteres de los alcoholes no saturados son inestables y reaccionan fácilmente con ellos mismos; así, el acetado de vinilo se polimeriza dando acetato de polivinilo. Las resinas de poliéster, conocidas como gliptales, resultan de la poliesterificación de la glicerina con anhídrido ftálico; el proceso puede controlarse de manera que se produzca una resina fusible o infusible. Cuando la poliesterificación se realiza en presencia de un ácido no saturado de cadena larga del tipo de los aceites secantes, la polimerización de éste por oxidación se superpone a la poliesterificación y se producen los esmaltes sintéticos, duros y resistentes a la intemperie, que son muy adecuados por el acabado de los automóviles. La poliesterificación del etilenglicol con el ácido tereftálico produce fibra de poliéster. Si se da forma de láminas a este material, constituye una excelente película fotográfica.
• Repelentes de insectosTodos los repelentes de insectos que podemos encontrar en el mercado contienen ésteres.
  
  
  Equipo para obtener ÉSTERES A NIVEL INDUSTRIAL

Equipo para obtener ESTERES  a nivel experimental en el laboratorio 

TRASCENDENCIA DEL ETILENO EN LA INDUSTRIA QUÍMICA

Tema: Obtención del etileno

 Objetivo:  Obtener etileno por deshidratación de alcoholes.
 Materiales:
• Embudo de   separación
• Soporte universal
• Balón de destilación
• Pipeta
• Vaso de precipitación
• Tubo de ensayo

Reactivos

• Etanol
• Ácido sulfúrico
• Permanganato de potasio

Fundamento:
Eteno o Etileno, el miembro más simple de la clase de compuestos orgánicos llamados alquenos, que contienen al menos un doble enlace carbono-carbono. El eteno es un gas incoloro, con un olor ligeramente dulce, y su fórmula es CH₂=CH₂  Es ligeramente soluble en agua, y se produce comercialmente mediante craqueo y destilación fraccionada del petróleo, así como del gas natural. El eteno arde con una llama brillante. Debido a su doble enlace, el eteno es muy reactivo y forma fácilmente numerosos productos como el bromoetano, el 1,2-etanodiol (etilenglicol) y el polietileno. En agricultura se utiliza como colorante y agente madurador de muchas frutas.
El eteno tiene un punto de fusión de -169,4 °C y un punto de ebullición de -103,8 °C.

Procedimiento:

Experiencia N° 01: Oxidación del etileno 
 • Colocamos en el balón de destilación 15 ml. De etanol.
• En el embudo de separación, colocamos gota a gota el ácido sulfúrico con la pipeta.
• Después dejamos caer pocas gotas de ácido sulfúrico en el balón de destilacióncon etanol.
• Dejamos que hierva
• Y obtenemos etileno.

Experiencia N° 02: Hidrogenación del etileno 
 • En un vaso de precipitación diluimos el permanganato de potasio junto con agua.
• Pasamos el permanganato de potasio a un tubo y este lo hacemos hervir

Experiencia N° 03: Halogenación   del etileno
 • Colocamos el bromuro con agua en un tubo de ensayo
• Luego colocamos al  fuego 
• Obtenemos el bromuro de etilo

Investigación acción: Eteno en las frutas

Usted puede realizar sus experimento  con variaciones, como las siguientes:

·       Las Frutas produce etileno en respuesta a la aparición de moretones o heridas, también. ¿Las peras o manzanas en el experimento maduran con mayor rapidez si la concentración de etileno es más alto, el uso de los plátanos molido en vez de plátanos en buen estado?

·         Si usted tiene más plátanos, usted tendrá más de etileno. ¿El uso del plátano es la  causa de la fruta que madure más rápido?

·         La temperatura afecta la maduración de la fruta, también. No todos los frutos se ven afectados de la misma manera. Las manzanas y las peras maduran más lentamente en el refrigerador. El plátano se ennegrecen cuando se refrigeran. Usted podría poner un segundo sistema de controles y bolsas de prueba en el refrigerador para explorar el efecto sobre la temperatura de maduración.

·        La maduración de los frutos se ve afectada por el hecho o no la fruta permanece unido a la planta madre. El etileno es producido en respuesta a la eliminación de la fruta de su padre. Usted puede diseñar un experimento para determinar si la fruta se madura más rápidamente dentro o fuera de la planta. Considere el uso de una fruta pequeña, como el tomate, que se puede encontrar en los mercados.

POS LABORATORIO

Después de realizar este experimento, usted debería ser capaz de responder a las siguientes preguntas:

·         ¿Cuáles son algunos de los desencadenantes de la producción de etileno por las plantas?

·         ¿De qué manera la presencia de etileno afecta la maduración del fruto?

·         ¿Cuáles son los cambios químicos  y físicos que se producen como fruta madura?

QUIMICA ORGANICA

Importancia de la quimica orgánica
Los seres vivos estamos formados por moléculas orgánicas, proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas. Todos ellos son compuestos cuya base principal es el carbono. Los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, champús, desodorantes, medicinas, perfumes, utensilios de cocina, la comida, etc.

Desarrollo sostenible y la química organica

Los productos orgánicos han mejorado nuestra calidad y esperanza de vida. Podemos citar una familia de compuestos que a casi todos nos ha salvado la vida, los antibióticos. En ciertos casos, sus vertidos han contaminado gravemente el medio ambiente, causado lesiones, enfermedades e incluso la muerte a los seres humanos. Fármacos como la Talidomida, vertidos como el de Bhopal en la India ponen de manifiesto la parte más negativa de de la industria química.

¿Cómo se construyen las moléculas?

La parte más importante de la química orgánica es la síntesis de moléculas. Los compuestos que contienen carbono se denominaron originalmente orgánicos porque se creía que existían únicamente en los seres vivos. Sin embargo, pronto se vio que podían prepararse compuestos orgánicos en el laboratorio a partir de sustancias que contuvieran carbono procedentes de compuestos inorgánicos. En el año 1828, Friedrech Wöhler consiguió convertir cianato de plomo en urea por tratamiento con amoniaco acuoso. Así, una sal inorgánica se convirtió en un producto perteneciente a los seres vivos (orgánico). A día de hoy se han sintetizado más de diez millones de compuestos orgánicos.