Este documento presenta una introducción a los principios químicos subyacentes en la biología. Explica que la vida se sustenta en las leyes de la química, incluyendo la periodicidad de los elementos, la formación de compuestos a través de la combinación de elementos, y cómo la configuración molecular determina la función. También cubre conceptos como las reacciones químicas, tasas de reacción y reacciones intermedias. El objetivo es proporcionar una base simplificada de estos conceptos químicos para ingenieros.

1. Principios químicos de la
biología

2. Principios químicos de la biología
Mg. Ing. Gabriel Rojas
El presente documento solo pretende ser una base simplista de los conceptos químicos en los cuales se
sustenta la vida, explicado para ingenieros.
Cualquier persona puede usar este documento de forma completamete libre aunque se agradece
mencionar al autor.
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ProfesorGavit0@gmail.com
lgabrielrojas@mail.unicundi.edu.co
https://ProfesorGavit0.blogspot.com
Universidad de Cundinamarca
Facultad de ingeniería
Ingeniería de sistemas
Sede: Chía – 2017
www.unicundi.edu.co
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3. Principios químicos de
la biología
Mg. Ing. Gabriel Rojas
Una introducción a los conceptos químicos en
los cuales se sustenta la vida, para ingenieros
en tecnologías de la información.
El contenido de este documento fue extraído del libro: Johnson, A. T. (2011). Biology for engineers. CRC Press.

4. ¿Qué es la química?
es la rama del conocimiento que
se ocupa de la composición de las
sustancias, la relación de las
propiedades con la composición, y
las interacciones entre las
sustancias.

5. ¿Química y física?
Hay una cierta superposición de la
química con la física, porque cada
una de estas sustancias está
presente en el mundo físico y está
sujeta a las leyes físicas del
mundo.

6. ¿Para qué la
química?
Para entender muchas de las
funciones básicas de la vida.

7. La química de la vida
Los seres vivos obedecen las leyes de la física
y se acomodan a ellos tan bien como pueden.
La comprensión de las leyes físicas, entonces,
es importante para comprender el contexto
en el que se ha desarrollado la biología.

8. ¿Cómo explicar la vida
usando la química?
1. Periodicidad de los elementos
2. Combinación de elementos
3. La configuración de las moléculas
determinan su uso
4. Reacciones químicas
5. Tasas y factores de reacción
6. Reacciones intermedias

9. Existe una periodicidad de las propiedades de los elementos, y
estas propiedades están relacionadas con el número de
electrones y sus estados de energía en átomos elementales.
Periodicidad de
los elementos

10. Los elementos
tienen
características
que les
permiten
agrupar, y una
periodicidad
por la cantidad
de electrones
que tienen sus
átomos.
La tabla periódica de los elementos es una disposición de elementos que acentúa
la recurrencia regular de propiedades físicas y químicas similares de los elementos.

11. Tabla periódica de
los elementos
La tabla periódica no es solo una
gran caja que contiene a todos los
elementos, sino más bien un
sistema de archivo. La posición de
cada elemento en la tabla brinda
una información importante acerca
de su estructura, propiedades y
comportamiento en las reacciones
químicas.
Si consideramos solo las primeras tres filas
de la tabla, que incluyen a los principales
elementos importantes para la vida, cada fila
corresponde al llenado de una capa de
electrones diferente: el helio y el hidrógeno
colocan sus electrones en la capa 1n,
mientras que los elementos de la segunda
fila como el Li comienzan a llenar la capa 2n
y los elementos de la tercera fila como el Na
continúan con la capa 3n.

12. Algunos datos 1
El último grupo en la extrema
derecha de la tabla tiene elementos
que son completamente inertes
químicamente. No participan en
reacciones químicas, por lo que no
son ni necesarias ni perjudiciales
para la vida.
Aparentemente, los elementos más
pesados que el número atómico 53
(yodo) no se usan en los seres vivos
y los más pesados que 92 no se
encuentran en la naturaleza.

13. Algunos datos 2
A veces sucede en sistemas vivos
que, cuando el elemento primario
no está inmediatamente disponible,
puede hacerse una sustitución con
un elemento con propiedades
similares. Por lo tanto, a veces un
elemento del mismo grupo puede
ser sustituido por un elemento no
fácilmente disponible.
Por ejemplo, el estroncio (38) se
puede encontrar a veces para
substituir para el calcio (20) en los
huesos cuando el estroncio está
más disponible que el calcio. Los
isótopos de estroncio radiactivo son
a veces liberados en accidentes
nucleares, por lo que la
incorporación de estroncio en los
huesos es motivo de preocupación

14. Los elementos pueden combinarse para formar compuestos con
diferentes propiedades. Los compuestos, especialmente los
basados en el carbono, son la base para la mayor parte de la
complejidad bioquímica de los seres vivos.
Combinación de
elementos

15. Enlace químico
Los seres vivos se componen de
átomos pero, en la mayoría de los
casos, esos átomos no andan
flotando por ahí individualmente.
Por el contrario, generalmente
están interactuando con otros
átomos (o grupos de átomos).
¿Por qué se forman los enlaces
químicos? La respuesta básica es
que los átomos siempre están
tratando de alcanzar el estado más
estable (de menor energía) que
pueden.
Fuente de esta sección:
• https://es.khanacademy.org/science/biology/chemistry--of-life/electron-shells-and-orbitals/a/the-periodic-table-
electron-shells-and-orbitals-article
• https://es.khanacademy.org/science/biology/chemistry--of-life/chemical-bonds-and-reactions/a/chemical-bonds-
article

16. Algunos datos 3
La naturaleza periódica de las
propiedades químicas se explica por
la distribución de los niveles de
energía de los electrones que se
encuentran fuera del núcleo de cada
átomo. La mecánica cuántica
predice con éxito los niveles
discretos de energía de estos
electrones y el número de
electrones que poseen estos
niveles de energía.

17. Los átomos
El número de
electrones de la
capa externa de un
átomo particular
determina su
reactividad o
tendencia a formar
enlaces químicos
con otros átomos.

18. Algunos datos 4
La mayoría de los elementos
importantes en la biología necesitan
ocho electrones en su capa externa
para ser estables y esta regla se
conoce como regla del octeto.

19. Enlaces covalentes
Uno de los principales modos en las
que los átomos pueden completar sus
capas de valencia es compartiendo los
electrones para formar enlaces
covalentes. Estos enlaces son
generalmente fuertes y comunes en los
sistemas vivos. Por ejemplo, los
enlaces covalentes son claves en la
estructura de las moléculas orgánicas
basadas en el carbono, como nuestro
ADN y nuestras proteínas.

20. Las configuraciones moleculares determinan los usos. Se pueden
formar estructuras moleculares altamente complejas cuando se
unen muchos átomos que representan varios elementos.
Las funciones de muchos productos bioquímicos dependen de la
forma en que físicamente encajan junto con otros compuestos.
La configuración
de las moléculas
determinan su
uso

21. Algunos datos 5
En química, una molécula es un
grupo eléctricamente neutro y
suficientemente estable de al
menos dos átomos en una
configuración definida, unidos por
enlaces químicos fuertes
(covalentes o enlace iónico)
La disposición tridimensional de los
átomos que constituyen una molécula
determina muchas de las propiedades de
las moléculas, reactividad, polaridad,
color, magnetismo, actividad biológica
(toxicida), etc.

22. Las reacciones químicas se producen espontáneamente cuando
producen energía al medio ambiente. Estas reacciones se
denominan reacciones exotérmicas o generadoras de calor. Son
importantes porque son las fuentes de energía en los sistemas
biológicos.
Reacciones
químicas

23. ¿Qué es una reacción
química?
Los seres vivos se componen de
átomos pero, en la mayoría de los
casos, esos átomos no andan
flotando por ahí individualmente.
Por el contrario, generalmente
están interactuando con otros
átomos (o grupos de átomos).
Fuente de esta sección:
• https://es.khanacademy.org/science/biology/chemistry--of-life/chemical-bonds-and-reactions/v/chemical-
reactions-introduction
Las reacciones químicas ocurren cuando se forman
o rompen los enlaces químicos entre átomos. Las
sustancias que intervienen en una reacción química
se denominan reactivos (se encuentran
generalmente del lado izquierdo de una ecuación
química), y las sustancias producidas al final de la
reacción se conocen como productos
(generalmente se encuentran al lado derecho de la
ecuación química).

24. ¿Cómo funciona?

25. La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia
que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del
hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que
puede tomar muchos años, pero la combustión del butano en un
fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.
Tasas y factores
de reacción

26. Velocidad de
reacción
Las velocidades de reacción
dependen de las concentraciones
de reactivos, temperaturas y
presiones.
Las reacciones bioquímicas son
notables porque compuestos tales
como las enzimas llevan a los
reactivos en estrecha proximidad y
aumentan las concentraciones
locales, promoviendo así el
contacto energético.
Algunas reacciones interesantes:
http://izismile.com/2013/12/26/awesome_chemical_
reactions_in_gifs_9_gifs.html

27. Las reacciones intermedias son las más importantes para los
seres vivos.
Las reacciones rápidas, o aquellas que proporcionan demasiada
energía, o aquellas con productos que son demasiado estables, no
pueden ser fácilmente controladas.
Las reacciones lentas utilizan enzimas para acelerarlas.
Reacciones
intermedias
La oxidación del acido pirúvico.
El acido pirúvico que se encuentra en el citoplasma, donde se
produce por glucolisis, es selectivamente transportado hacia la
matriz mitocondrial.
La molécula de glucosa original ahora se ha oxidado a dos
moléculas de CO2 y dos grupos acetilo

28. Gracias!
!
Preguntas?
ProfesoGavit0@gmail.com