ENERGIA, MEDIO AMBIENTE Y QUIMICOS

1. Energía y enlaces químicos
Víctor Alfonso Cerón Hernández
Biólogo MSc en Ingeniería Sanitaria y Ambiental
PhD Ciencias Ambientales

2. Hay vida en todos los rincones del mundo???
Alopex lagopus
Dendroaspis polylepis

3. Gruta de Glowworm, Neuva Zelanda
Los gusanos de luz de la Arachnocampa
luminosa construyen con su mucosidad un entramado
de hilos colgantes y pegajosos

4. Método Científico
• “Es un método racional e inteligente de resolver incógnitas o problemas de manera
que se entienda su naturaleza, sus probables causas, su conocimiento esencial y, con
base en los conocimientos más apropiados, relacionando causas con uno o varios
efectos. Lo anterior implica la aplicación del conocimiento racional, sistemático,
exacto y verificable”
Es un método Riguroso para efectuar observaciones de
fenómenos específicos y buscar el orden subyacentes de esos
fenómenos. La Biología utiliza el método Científico.
???????

5. Método Científico
• Pasos
1) Observación de un evento o problema
2) Hipótesis
3) Experimento
4) Conclusión

6. • Observación: da pie para preguntas cómo se dio esto? De donde
salió esto? Etc.
• Hipótesis: Es un supuesto basado en observaciones previas.
• Experimentos: Resultado de la Hipótesis, que produce
Resultados, que apoyan o refutan la hipótesis.
• Conclusión: Es resultado de un experimento.
• Condiciones:
– Experimento tiene que ser reproducible.
– Experimentos tiene que descartar la mayor cantidad de variables posibles
(Utilizan controles si es posible).
– El método científico puede ser utilizado en la vida diaria…Es mas se
utiliza a cada momento. Ejemplos
Llegar tarde a clase
Deterioro de las paredes y demás cosas
Desgaste de los zapatos

7. Organización de los seres vivos

8. Caracteristicas de los seres vivos
• 1) Presentan una estructura compleja, organizada, que consta en
su gran mayoría de moléculas orgánicas.
• 2) Responden a estímulos
• 3) Mantienen su homeostasis: Mantener su ambiente interno
• 4)obtienen y usan materiales y energía de sus ambiente,
transformándolo
• 5) “Crecen”
• 6) Se reproducen, utilizando una molécula guía, ADN
• 7) Pueden “evolucionar” o derivar (Termino correcto).

9. Clasificación de los seres vivos
• Existen ocho categorías principales
1. Dominio
2. Reino
3. Filo
4. Clase
5. Orden
6. Familia
7. Género
8. Especie

10. Los primeros sistemas de clasificación
• Los nombres comunes de
organismos varían en función de la
ubicación del organismo.
• Los científicos decidieron usar
nombres en latín o griego, pero las
descripciones eran demasiado
largos.
• Carl Linnaeus: desarrolló un
sistema que utiliza un nombre
científico para referirse a una y
sólo una especie.
• Científico que desarrolló una
sistema de clasificación para los
seres vivos.
• Escribió un libro Systema Naturae
en 1735 a revelar su clasificación
sistema

12. The tree of life is one of the most important organizing principles in biology. Gene surveys suggest the existence of an
enormous number of branches, but even an approximation of the full scale of the tree has remained elusive. Recent
depictions of the tree of life have focused either on the nature of deep evolutionary relationships or on the known, well-classi-
fied diversity of life with an emphasis on eukaryotes6. These approaches overlook the dramatic change in our understanding
of life’s diversity resulting from genomic sampling of previously unexamined environments. New methods to generate
genome sequences illuminate the identity of organisms and their metabolic capacities, placing them in community and
ecosystem contexts. Here, we use new genomic data from over 1,000 uncultivated and little known organisms, together with
published sequences, to infer a dramatically expanded version of the tree of life, with Bacteria, Archaea and Eukarya
included. The depiction is both a global overview and a snapshot of the diversity within each major lineage. The results
reveal the dominance of bacterial diversification and underline the importance of organisms lacking isolated representatives,
with substantial evolution concentrated in a major radiation of such organisms. This tree highlights major lineages currently
underrepresented in biogeochemical models and identifies radiations that are probably important for future evolutionary
analyses.

14. La vida es compleja y dinámica
Todos los organismos se encuentran constituidos por el mismo conjunto de
elementos químicos, principalmente carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno,
azufre y fósforo.

15. La vida es organizada y se sustenta
En los sistemas biológicos, las capacidades funcionales de cada nivel de organización provienen de
las propiedades estructurales y químicas del nivel subyacente. Las biomoléculas están formadas por
átomos, que a su vez constan de partículas subatómicas. Determinadas biomoléculas se unen para
formar polímeros denominados macromoléculas.

16. Los organismos multicelulares tienen varios
niveles de organización: sistemas orgánicos,
órganos, tejidos. células, organelos, moléculas
y átomos. Se muestran el sistema digestivo y
uno de sus órganos componentes (el hígado).
El hígado es un órgano multifuncional que
posee varias funciones digestivas.

17. La vida es Celular
Las células se diferencian mucho en estructura y función, pero todas están rodeadas por una
membrana que controla el transporte de algunas sustancias químicas al interior y al exterior de
la célula.
• La membrana también participa en la respuesta de la célula a los componentes del ambiente
extracelular.
• Si se divide una célula en sus partes componentes, se detiene el funcionamiento vital.
• Las células se originan únicamente por la división de células que ya existen.

18. La vida se fundamenta en información
• La organización requiere información.
• Los seres vivos pueden considerarse como
sistemas procesadores de información, debido a
que el mantenimiento de su integridad
estructural y de los procesos metabólicos
requiere interacciones entre un conjunto
enorme de moléculas dentro de las células y
entre ellas.
• La información biológica se expresa en forma
de mensajes codificados, inherentes a la
estructura tridimensional singular de las
biomoléculas.

19. Información
• La información genética, que se almacena en las secuencias lineales de nucleótidos en el
ácido desoxirribonucleico (DNA) denominadas genes, especifica a su vez la secuencia lineal
de aminoácidos de las proteínas y de qué forma y cuándo se sintetizan esas proteínas.
• Las proteínas realizan su función al interactuar con otras moléculas.
• La estructura tridimensional singular de cada proteína le permite unirse e interactuar con
una molécula específica que tiene una forma complementaria precisa. La información se
transfiere durante el proceso de unión.

21. Átomos y moléculas
• Átomos: Son las unidades estructurales básicas de la materia.
La partícula de Dios ??? La han escuchado.
Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN)
están tratando de confirmar la existencia del famoso bosón de
Higgs conocido también la 'partícula de Dios'.
Sigue en discusión. Que opinan!!!

22. • Átomos: se componen de Núcleo atómico central (Protones (+) =
(Peso) = Neutrones (-+)). + Electrones (-), que orbitan alrededor del
núcleo.
El número de protones del núcleo se conoce como número
atómico.
átomos de un mismo elemento con diferente
número de neutrones. Existen unos
radiactivos.
Los elementos pueden ser sólidos, líquidos o
gaseosos. Existe otro de la materia. Plasma
Isótopos:

23. Átomo

25. º

27. Capas de electrones
• Los electrones se mueven dentro del núcleo de un átomo en
capas de electrones.
– La primera capa o nivel de energía contiene 2 electrones.
– La segunda capa contiene hasta ocho electrones.
– Las capas de electrones permiten la interacción con otros atamos.

29. Moléculas
• Consta de dos o mas atamos, que pueden ser del mismo elemento.
Mantienen unidos con la interacción en la capa mas externa.
• Compuesto: Moléculas con átomos de dos o más tipos.
• Interacción
– Un átomo no reacciona con otro, si su capa de electrones más externa está
totalmente llena o vacía. Inerte
• Helio (He), Neón (Ne), Argón (Ar), Kriptón (Kr), Xenón (Xe) y el radiactivo Radón (Rn)
– Un atamo reacciona con otro, si su capa de electrones más externa está
parcialmente llena. Reactivo.

30. • Enlace químico: Resultado de perder, ganar y compartir
electrones. Estos son fuerzas de atracción que mantienen unidos
los atamos de las moléculas.
• Reacción Química: La creación y ruptura de enlaces químicos
para formar nuevas sustancias.

31. Enlaces covalentes

33. Enlaces covalentes
• Casi todas las moléculas Biológicas tiene enlaces covalentes.
Proteínas, azúcares, huesos y celulosa tienen enlaces covalentes.
• CHONPS (Átomos mas comunes en las moléculas biológicas).

35. Energía
• Que es la energía???
• Se define como la capacidad o
un fenómeno para de realizar un
trabajo.
• Trabajo: como la fuerza que
actúa sobre un objeto que hace
que éste se mueva.
• Moléculas almacenan energía:
– Azucares
– Grasas

36. Energía
Energía y trabajo se encuentran relacionados a través de la siguiente expresión:
Como puede observar el trabajo y la energía se miden en Julios. Por otro lado, a través del trabajo se
transforma la energía del cuerpo:
El cuerpo gana energía => Ef > Ei => Trabajo positivo => Se realiza trabajo sobre el cuerpo.
El cuerpo pierde energía => Ef < Ei => Trabajo negativo => El cuerpo realiza trabajo sobre el sistema.
El cuerpo ni gana ni pierde energía => Trabajo nulo => No se realiza ni se recibe trabajo

37. Tipos de energía
1. Energía Cinética
2. Energía Potencial
3. Energía interna
• Cinética:
– Energía de movimiento.
– Luz (Movimiento de Fotones)
– Calor (Movimiento de Moléculas)
– Electricidad ( Movimiento de carga
electrica)
– Movimientos de objetos grandes (Ej.
Tu ojo)

38. • Energía potencial
• Energía almacenada.
– Enlaces químicos
– Energía en un batería
– Energía de posición
• En Condiciones adecuadas la energía
potencial se puede convertir en
energía cinética y viceversa
• Energía Interna: Debida a la
composición y al estado del cuerpo

39. Leyes de la Termodinámica
• Describen la magnitud (la cantidad total) y la calidad (utilidad) de la energía.
• 1ra Ley: Establece que la energía no puede crearse ni destruirse mediante procesos
ordinarios (aparte de la reacción nuclear).
– Pero la energía puede cambiar.
– Sistemas Cerrados (No entra ni salde energía). La energía total antes y después es la misma.
• Considera la ley de la conservación de la materia.
25 % movimiento
75 energía
térmica

40. 2da Ley
• Establece que cuando la energía se convierte de una forma a otra,
disminuye la cantidad de energía útil.
• De las reacciones o cambios físicos convierte la energía de formas
más útiles a formas menos útiles.
– Ej el carro de Nuevo. Pues el calor es menos útil que la energía en
movimiento.
• La segunda ley, expresa que ningún proceso de conversión de
energía, es del 100% y la energía es almacenada ordenadamente.
• Entropía: Es una tendencia a la perdida de Complejidad, orden y
energía útil, así como hacia un aumento en la aleatoriedad, el
desorden y la energía menos útil.

42. • El científico Yale George Evelyn Hutchinso: El desorden se
extiende por el Universo, y la vida es lo único que lucha
contra el.
• La tierra no es un sistema Cerrado. Por tal motivo los seres
vivos utilizan la energía de la luz solar para crear las
condiciones de baja entropía de la vida.
Luchar contra el desorden.

43. Energía Química
• Impulsa todo en el planeta.
• Las fuerzas de energía determina la posición de los electrones
en los átomos y sus interacciones con otros átomos que
permiten que las moléculas se constituyan y se transformen.

44. Reacción química??
• Es un proceso que forma o rompe enlaces químicos que
mantienen unidos los átomos.
• Requieren un suministro (Neto) general de energía.
• Reaccione exergónicas: Liberan energía. Los reactivos
contienen más energía que los productos. Emiten algo de
Calor.
• Reacciones endergónicas: Requieren una entrada neta de
energía. Es decir, si los productos contienen más energía que
los reactivos.

46. Iniciar reacciones
• El azúcar libera energía. Pero por si sola No.!!!
• Todas las reacciones químicas requieren un aporte inicial de
energía. Incluso las que son espontaneas.
• Se le denomina Energía de Activación. Capa ultima de Valencia.
• La energía de activación, generalmente es la energía cinética.
– La temperatura aumenta conforme a la rapidez de choque los átomos de
las moléculas.
• La reacciones químicas se dan mas rápido en ambientes con
temperatura alta.

47. Reacción endergónica
• Piense en esto!!!!!
– El azúcar, que se produce en los organismos fotosintéticos como las
plantas, contiene mucho más energía que el Dióxido de Carbono y el
agua a partir de los cuales se forma.
– Las proteínas tiene mas energía que los aminoácidos que las
conforman.
• Estos significa: que las síntesis de moléculas biológicas
complejas requieren un aporte de energía.
• No son espontaneas. Como la fotosíntesis requiere energía para
sintetizar compuestos biológicos.

49. Reacciones Acopladas
• Se enlazan a reacciones endergónicas y exergónicas.
• Reacción acoplada: Una reacción exergónica proporciona la
energía necesaria para que se efectúe una reacción
endergónica.
– Ej. Conducir. Fotosíntesis
• Fotosíntesis: La reacción exergónica se efectúa en el sol, y la
endergónica, en la planta.

51. • Todo el planeta, sobrevive por la fotosíntesis. La cual depende
de las reacciones exergónicas del Sol. Terminando en una
molécula portadora de energía ATP.

52. Transporte de energía en la célula.
• La glucosa, por si sola no puede dar energía. Tiene que
transformarse en la molécula portadora de energía.
• ATP
• Pero esta molécula es inestable y transfiere su energía
rápidamente. Para almacenar energía, se utiliza Glucógeno.
Carbohidrato, cadena de moléculas de Glucosa.

53. ATP
• Adenosin Trifosfato.
Por qué la conversión de ATP a
ADP, produce energía?
Base nitrogenada adenina,
un azúcar ribosa y tres
fosfatos

54. Formación de ATP

55. • Durante la transferencia de energía , algo de calor se
desprende. Este calor es utilizado por los animales de sangre
caliente para mantenerse caliente.
• El ATP se transforma en la energía dentro de la célula. La
formación de los enlaces que unen los dos últimos grupos
fosfatos de ATP a resto de la molécula. Requieren una gran
cantidad de energía.
• El tiempo de la molécula de ATP en la célula es muy corto y
constantemente pasa de ATP a ADP y viceversa.
• El ATP no almacena energía.

56. Un maratonista reciclaría 0.5
Kg por minuto
Captando todos los ATP en un día.
Pesaría 40 Kg

57. Portadores de energía
• NAD+ (dinucleótido de
nitotinamida y adenina).
• FAD (dinucleótido de flavina y
adenina).
• Ellos donan sus electrones, junto
con su energía a otras moléculas.

58. Control Metabólico
• El metabolismo de una célula es el total de sus reacciones
químicas. Vías metabólicas.
• En esta se sintetiza y descomponen moléculas.
– Fotosíntesis (Síntesis de moléculas de alta energía).
– Glucolisis (Digestión de la Glucosa).
• Las células:
– Acopla reacciones impulsando reacciones endergónicas que requieren
energía.
– Sintetizar moléculas portadoras de energía.
– Las células regulan las reacciones químicas. Con las enzimas.

59. • La rapidez de una reacción
depende de su energía de
activación.
• Casi todas las reacciones se
pueden acelerar aumentando la
temperatura.
• A temperaturas que prevalecen
los organismos, el azúcar y otras
sustancias energéticas no se
descompondría, para ceder
energía. ENZIMAS

60. Catalizadores
• Son moléculas que aceleran una reacción sin comunicarse ni
alterarse de forma permanente.
• Disminuyen la energía de activación.

61. Características de los catalizadores
• Todos cumplen tres características relevantes:
1. Aceleran las reacciones
2. Sólo pueden acelerar aquellas reacciones que de todos modos
serían espontaneas, si se puede superar la energía de activación.
3. No se consumen ni cambian permanentemente en las
reacciones que promueven.

62. Enzimas (Catalizadores Biologicos)
• Compuestos por proteínas y sintetizados por organismos
vivos.
• Para funcionar, necesitan de una molécula orgánica llamada
Coenzima.
– Ej. Vitaminas, como la complejo B.
• Pueden catalizar millones de reacciones por segundo.
Utilizando estructuras precisas para orientar, distorsionar y
reconfigurar otras moléculas, mientras ellas permanecen
inalteradas.

63. Catalizar reacciones especificas
• La función, esta estrechamente relacionada con la estructura de la
enzima.
• Sitio Activo: Balsa de la enzima
– Se da por las diferentes estructuras de las proteínas.
• Cuales??
– Por al estructura secundaria, donde se pliega y da vueltas de hélice. Estas
ordenan sus aminoácidos y la forma precisa e que la están doblados crea
una forma distintiva y una distribución de las cargas eléctricas. Que son
complementario al sustrato.
• Ej. Amilasa (Descompone o hidroliza el almidón)
• Pepsina-Estomago. Selecciona las proteínas y ataca por varios
lados.

65. Regulación
• Las células ejercen control sobre la producción de proteínas.
• Como???
• El gen que codifica la proteína, se activa o desactiva, dependiendo
la necesidad de esta.
• Estas se sintetizan en mayor cantidad, dependiendo las necesidades
del organismos.
– Ej. Alcohol deshidrogenasa. Producidas en el hígado, quien descompone el
alcohol e quienes consumen en grandes cantidades.
– Pero el alcohol se convierte en sustancias toxicas, que terminan el trabajo
de esta y otras enzimas del hígado, afectándolo seriamente.

66. Daño genético
• Cambios o daños en algunos genes, dan como resultado una
falta de una enzima o proteína.
– Ej. Quien padecen de fenilcetonuria, no producen la enzima que
inicia la descomposición del aminoácido fenilalanina. La
acumulación en lo infantes resulta toxica y puede causar retraso
mental.

67. Regulación alostérica
• Fortalecer o inhibir su actividad usando moléculas
reguladoras.

68. Venenos y Drogas
• Inhibición competitiva: Algunos venenos y drogas se unen al
sitio activo de una enzima de manera reversible, de tal manera
que el sustrato normal como la sustancia extraña compiten por el
sitio activo.
– Ej metanol, compite por el sitio activo de la enzima alcohol
deshidrogenasa, descomponiéndolo en formaldehido, que produce
ceguera.

69. Inhibición permanente de enzimas
• Algunos venenos y drogas se unen de manera irreversible a las
enzimas. Bloqueando permanentemente su sitio activo.
– Ej. Algunos gases tóxicos e insecticidas, bloquean permanentemente la
enzima acetilcolinesterasa, quien descompone la acetilcolina. Se
acumula excesivamente en los músculos, causando parálisis. Pasa a un
paro respiratorio.

70. Ambiente
• Las enzimas pueden ser alteradas por un reducido número de
condiciones químicas y fiscas. Incluyendo el pH, la
Temperatura y la concentración de Sales.

71. Gracias

72. Agua
• Presenta Puentes de Hidrogeno: se forman cuando los átomos
con carga parcial opuesta se atraen entre sí.
• Atraen al oxigeno con carga parcial negativa. Mientas que el
hidrógenos tiene carga parcial positiva. Formando el agua.
• El agua es importante para el desarrollo de la vida en la
Tierra. Lo más probable es que la vida, surgiera en el agua.
https://www.youtube.com/watch?v=-O7sw3Pe5TI sustancia más extraña

74. Agua=Vida
• El agua participa en muchas de las reacciones químicas que
tiene lugar en las células.
– El oxigeno que la planta libera se extrae del agua durante la
fotosíntesis.
– Al fabricar (Anabolismo) proteína, grasa, ácido nucleico o azúcar,
se produce agua.
– Cuando se consumen (Catabolismo), proteína, grasa, ácido nucleico
o azúcar (Alimentos), se consume agua.
• El agua es un excelente Disolvente. Resultado dan soluciones.
• El agua es una molécula polar. Tiene polos positivos y
negativos. Ej. Disolver sal (Compuesto iónico (Cargas + y -))

76. • Agua disuelve moléculas que se mantienen unidas por enlaces
covalentes polares.
– Son atraídos a regiones con carga opuesta de las moléculas de la
sustancia que esta disolviendo.
• Los iones y moléculas polares se llaman Hidrofílicas.
(Azucares y proteínas).
– El agua puede disolver gases como el oxigeno (O2) y el Dióxido de
carbono (CO2)
• Todas estas propiedades proporcionan un ambiente
apropiado para las reacciones químicas que ocurren en la
tierra

78. • Las moléculas que no tienen carga y no son
polares, como las grasas y los aceites, no se
disuelven. Hidrofóbicas
• Hay efectos
– Aceites forman glóbulos
– Rompen puentes de hidrogeno de las moléculas
de agua adyacentes.
• Interacción Hidrofóbica.
• El agua mantiene la cohesión, formando la
tensión superficial. (Caminar en el agua).
• Presenta la Adhesión. Pegarse a superficies
polares

79. Soluciones Ácidas, Básicas y Neutras
• Las moléculas se dividen, aproximadamente dos de cada mil
millones de moléculas de agua estas ionizadas. Divididas en
iones de hidrogeno (H+) y iones hidróxido (OH-).

80. • El agua pura H+=OH-
• Soluciones acidas= H+>OH-
• Soluciones básica= OH->H+
• Acido: Es una sustancia que libera iones hidrógeno cuando se
disuelve en el agua. Limón es un sabor agrio. Exceso de H+

81. • Base: Es un sustancia que se combina con iones hidrogeno.
• Toda esta interacción resulta en el pH.
• Grado de acidez de una sustancia.

82. pH
• Cada unidad en la escala de pH
representa un cambio de Diez veces
en el concentración de H+
• Cocacola pH=2.0 o menores

83. • Casi todas la células mantiene su pH neutro (7.3-7.4).
• Amortiguador (Buffer): compuesto que mantiene el pH
constante captando o liberando H+, en respuesta a cambios
pequeños en la concentración.
• Ej. El bicarbonato o acido carbónico, evita que la sangre se
vuelva acida o básica.

84. Regular la temperatura
• T ° altas o bajas, afectas las enzimas, entre otros procesos
biológicos.
• La T ° refleja la rapidez de las moléculas
• Una caloría de energía, eleva 1 ° C la temperatura de 1 gramo de
agua (Calor especifico), así que calienta muy lentamente. Se
requiere mucha energía para convertir el agua en gas.

85. • El cuerpo humano está compuesto en su mayoría por agua. Una
persona puede tomar el sol y adsorber mucha energía del calor sin
que su temperatura se eleve demasiado.
– Se necesitan extraer una cantidad considerable de energía de las
moléculas de agua, para congelarse. El agua se congela más lentamente
que otros líquidos.
• Hielo es menos denso que el agua liquida. Flota.

86. • El hielo Flota.
• Los estanques y lagos se congelan de abajo hacia arriba, pero
nunca hasta el fondo.
– Muchos peces y plantas no se congelan.

87. •Gracias
Que sea la ultima
diapositiva!!!!!!