Reacciones Químicas y Su Importancia en Los Sistemas Biológicos

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

TEMA:

LAS REACCIONES QUÍMICAS Y SU IMPORTANCIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS CARRERA PROFESIONAL:

Ingeniería Biotecnológica PROFESORA:

Roxana Jacqueline Gutierrez Aranibar INTEGRANTES:     

Chelsea Ortiz Mendocilla Claudia Navarrete Herrera Patricia Juanito Paico Débora Rodríguez del Carpio José Armaza Lazo

2017 1

ÍNDICE: 

Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………. Pag. 3

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Objetivos…………………………………………………………………………………………………………………………. Pag 4

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Definiciones…………………………………………………………………………………………………………………………. Pag 4

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Desarrollo…………………………………………………………………………………………………………………………. Pag 6

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Conclusiones………………………………………………………………………………………………………………………….

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Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN

Las reacciones se llevan a cabo mediante colisiones entre las m oléculas, sin embargo, no todas las colisiones son efectivas. Ejemplo:

Los seres vivos son estructuras complejas, extremadamente ordenadas, que cuentan de información y alejadas por completo del estado de equilibrio. Para mantener su organización, es necesaria la existencia de un suministro constante de energía. En los seres vivos conviven dos procesos esenciales: la generación de orden a partir de orden, o sea que producen réplicas de sí mismos y la generación de orden a partir de desorden o sea que se mantienen alejados del equilibrio. Los sistemas biológicos deben considerarse juntamente con su entorno. Los organismos ganan orden interno a expensas de generar desorden en su ambiente. De esta manera, la magnitud que indica el grado de desorden molecular de un sistema o más conocida como la entropía del conjunto, siempre aumenta. El sistema se mantiene estacionario porque existen varios procesos balanceados. En este cuadro se explica mejor qué es la entropía.

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OBJETIVOS

Identificar y explicar la importancia de las diversas reacciones químicas en los distintos sistemas biológicos.

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DEFINICIONES

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Reacciones químicas:

Una reacción química es un proceso mediante el cual distintas sustancias cambian su composición formando sustancias nuevas. Este tipo de proceso está presente constantemente en la naturaleza y es el causante de muchos de los fenómenos que cotidianamente percibimos. Así, lo que podemos observar cuando se produce una determinada reacción química es que determinadas sustancias desaparecen para dar lugar a otras con propiedades distintas. Este tipo de fenómeno se debe a la recombinación de átomos como consecuencia de una ruptura de enlaces y la creación de otros nuevos. Las reacciones químicas tienen una serie de características mediante las cuales es posible identificarlas; así, por ejemplo, se desprende o se absorbe energía y las sustancias generadas se distinguen de las originales. O sea que en una reacción química se encuentran dos partes; los reactivos y los productos.

Las reacciones químicas de oxidorreducción son aquellas que implican el movimiento de electrones de un átomo o molécula hacia otro. El átomo o la molécula que cede un electrón se oxida y el que lo recibe, se reduce. La entalpía (S) es la cantidad de energía puesta en juego durante una reacción química en condiciones de presión constante. Esta energía es igual al calor cedido o ganado al ocurrir la reacción. La entalpía global de una reacción es siempre igual a la diferencia de entalpía entre los productos y los sustratos. Si al producirse la reacción se libera energía, la entalpía de los productos disminuye. Este tipo de reacción se denomina exotérmica. Si absorbe energía, se denomina endotérmica. La función termodinámica más utilizada en bioquímica es la energía libre de Gibbs (G). La dirección natural de toda reacción es aquella en la que disminuye 4

su energía libre; por lo tanto, cuando el valor de su ∆G es negativo, se puede predecir que la reacción ocurrirá en forma espontánea. Este hecho explica por qué aun las reacciones endotérmicas pueden ser espontáneas. Esta variación en una reacción química se expresa con la siguiente fórmula: ∆G = ∆H - T∆S 

Sistemas biológicos:

Es un conjunto de órganos y estructuras similares entre sí que trabajan con el propósito de realizar funciones fisiológicas en un ser vivo, o sea que es capaz de realizar por sí mismo tres funciones denominadas funciones vitales: nutrición, relación y reproducción 

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Función de nutrición: Función por la cual un ser vivo obtiene energía y materiales de construcción a partir de unas sustancias químicas llamadas nutrientes. Función de relación: Función mediante la cual un ser vivo es capaz de captar estímulos, bien del medio que le rodea o bien acerca de sí mismo, analizarlos en mayor o menor medida, y responder adecuadamente ante ellos. Función de reproducción: Función por medio de la cual un ser vivo es capaz de realizar una copia idéntica o similar a sí mismo, para perpetuarse en el tiempo.

Los sistemas son un nivel de organización biológico, entre el nivel de órgano y el de aparato, que está constituido por la concurrencia funcional de varios sistemas.

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DESARROLLO

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Importancia del Ph en los sistemas biológicos:

Cuando el cuerpo está sano, tiene una alcalinidad muy ligera y los sustancias áridas, como el dióxido de carbono, son neutralizadas por medio de sustancias alcalinas como el bicarbonato Entonces consideremos que los riñones regulan el pH del cuerpo controlando los ácidos y el bicarbonato amortiguador, por ejemplo, el pH del líquido extracelular debe mantenerse dentro límites estrictos, ya que una variación en la concentración de H+ altera el funcionamiento de los procesos enzimáticos, y provoca graves trastornos metabólicos. En la siguiente figura se pueden conocer cuáles son los factores que ocasionan un aumento del pH (alcalosis), y los que producen su disminución (acidosis), ambos cambios pueden ocasionar resultados letales.

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Hay que considerar que algo similar sucede con lo estabilidad de las proteínas ya que una variación de décimas en el pH provoca su desnaturalización, lo cual implica que se modifica a tal grado la estructura de la proteína que pierde sus funciones. Un caso similar es la actividad catalítica de las enzimas, ya que en función de su pH pueden generar cargas eléctricas que modifican su actividad biológica. Las enzimas son proteínas, cualquier cambio brusco de pH puede alterar el carácter iónico de los grupos amino y carboxilo en la superficie proteica, lo que afecta sus propiedades catalíticas  A pH alto o bajo se puede producir la desnaturalización de la enzima y en consecuencia su inactivación. La fosfatasa ácida es más activa a pH 5.0, mientras que la fosfatasa alcalina lo es a pH 9.0 Muchas enzimas tienen máxima actividad cerca de la neutralidad en un rango de pH de 6 a 8 pH en el ser humano

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El metabolismo:

El metabolismo es un conjunto de procesos físicos y químicos que ocurren en las células, que convierten a los nutrientes de los alimentos en la energía necesaria para que el cuerpo cumpla con todas sus funciones vitales, como respirar, hacer la digestión, hacer circular la sangre, mantener la temperatura corporal y eliminar los desechos (a través de la orina y las heces). Es decir que no sólo utilizamos esa energía para movernos y pensar, sino también cuando estamos en reposo. Cuando comemos un alimento, unas moléculas del sistema digestivo denominadas enzimas descomponen las proteínas en aminoácidos, las grasas en ácidos grasos y los hidratos de carbono (carbohidratos) en azúcares simples (como la glucosa). Estos compuestos son absorbidos por la sangre, que l os lleva a las células en donde otras enzimas aceleran o regulan las reacciones químicas necesarias para “que se metabolicen” o sea, que se procesen de modo que se libere o se almacene la energía. Por cierto, la energía que un alimento le brinda al cuerpo se mide en calorías, y cuando consumes más calorías de las que necesita tu cuerpo, éstas se acumulan en forma de grasa. Los transtornos o enfermedades metabólicas, se dan cuando el sistema metabólico. Algunas enfermedades pueden ser hereditarias. La razón más común es porque existen enzimas u hormonas que se concentran de ma nera anormal en la sangre o no realizan un buen funcionamiento. Lo que ocurre es que se acumulan ciertas sustancias químicas que si no se pueden metabolizar o que si se metabolizan mal, pueden causar síntomas muy graves. Por eso, los problemas del metabolismo deben tratarse y controlarse de inmediato. Las personas cuyos estilos de vida son saludables, que consumen una dieta adecuada y que realizan actividad física no tienen problemas catabólicos. Sin embargo, los altos niveles de estrés, desequilibrios hormonales, la falta de reposo y las dietas inadecuadas, pueden provocar efectos adversos que dañan el equilibrio natural entre anabolismo y catabolismo.

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En el metabolismo intervienen dos tipos de actividades: el anabolismo o metabolismo constructivo y el catabolismo o metabolismo destructivo. La velocidad y el sentido en que se producen esos procesos metabólicos están regulados por distintas hormonas que se fabrican por el sistema endócrino, como la tiroxina y la insulina. 

El catabolismo

El catabolismo es la transformación de moléculas complejas en otras mucho más simples, promoviendo el almacenamiento de energía química. Cuando los alimentos entran en el cuerpo, desde el primer momento, las moléculas de mayor tamaño se descomponen en otras más pequeñas. La digestión, en realidad, implica catabolismo. Una vez que las par tículas de alimentos se descomponen en nutrientes más pequeños, estas cepas químicas liberan energía a través de un proceso de oxidación. El proceso catabólico libera energía que trabaja para ayudar a mantener la actividad muscular adecuada. El proceso de oxidación que se produce durante el catabolismo ayuda a sintetizar los bloques de construcción químicos necesarios: trifosfato de adenosina (ATP). Múltiples moléculas de ATP les dan a las células el poder de transferir más energía producida durante el proceso catabólico hacia los procesos anabólicos. En otras palabras, el catabolismo actúa como el único proveedor de energía para la buena conservación y el crecimiento en casi todas las células y es la descomposición de tejidos corporales y de reservas de energía para o btener el combustible necesario para las funciones corporales.

  Anabolismo

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También conocido como biosíntesis, es el responsable del crecimiento, gracias a su determinante presencia a la hora de la formación de componentes y tejidos celulares y del almacenamiento de energía mediante los enlaces químicos. En resumen, el anabolismo es la fabricación de tejidos corporales y la creación de reservas de energía.

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Por lo tanto resulta ser el proceso opuesto del catabolismo. Tres etapas son las que involucra el anabolismo: En la primera etapa tendrá lugar la producción de precursores tales como los aminoácidos, monosacáridos, entre otros; la segunda etapa, consiste en l a activación en reactivos empleando energía del ATP y finalmente devendrán en las molé culas más complejas mencionadas, como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Si bien se trata de dos procesos contrarios, como resulta de la explicación, ambos, anabolismo y catabolismo, funcionan de manera organizada y afinada entre ellos, estableciendo una unión muy difícil de romper o separar. 

Importancia de los procesos metabólicos

Es importante mencionar que estos procesos son de una especial importancia en el deporte, especialmente en el atletismo y en el fisicoculturismo dado que permiten explicar las causas de la pérdida o aumento de la masa muscular, cuestión tan preciada en estas prácticas. Los procesos de anabolismo y catabolismo se dan naturalmente y están activos permanentemente. En tanto, en el caso de un individuo que se dedica a las prácticas indicadas se prestará una mayor atención en el anabolismo. Los nutrientes que se ingieren se simplifican y es el proceso del anabolismo el que facilitará la tarea de incorporación al organismo para mantener satisfactoriamente las funciones vitales y para reconstruir tejidos.  Ahora bien, si sucede que la persona no incorpora nutrientes como corresponde por cualquier circunstancia, el organismo en cuestión, con su intención de sobrevivir, destruirá tejidos para lograr la energía que necesita. Los músculos comienzan a disminuir porque la energía estará puesta en mantener activo al sistema nervioso en primera instancia. Entendida esta relevancia del anabolismo en lo que respecta a la construcción de un organismo es importantísimo brindar una buena alimentación con un alto grado de nutrientes en su composición y que este consumo sea constante, en este caso a los atletas de alto rendimiento o fisicoculturistas. De esta manera el organismo se garantizará la energía necesaria para poder crecer y desarrollarse como corresponde.

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Respiración celular

Cuando uno respira se inhala O2 y se elimina CO2, esto es lo mismo que ocurre a nivel celular, o sea ingresa oxigeno y se elimina dioxido de carbono. ¿A dónde va ese O2 y para que sirve? ¿De donde proviene el CO2 exhalado? Es un proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias mediante el cual se obtiene energia a partir de la glucosa y otros nutrientes en presencia del oxigeno. El proceso se representa mediante la siguiente formula: 1 Glucosa + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP Cuando las moleculas de glucosa ingresan al interior de la celula, son degradadas mediante la oxidación a traves de una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas, en las que se consume el O2 tomado del aire y se liberan electrones e hidrogenos que son captados por otras moleculas.   Glucólisis

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En los vegetales, la energía se obtiene a partir de la fotosíntesis, la cual provee el oxígeno y la glucosa para la respiración celular. La respiración aerobia es una vía eficiente para producir energía, porque produce 36 a 38 moléculas de  ATP por glucosa, mientras que la respiración anaeróbica produce solamente dos moléculas de ATP. Los pasos de la respiración aerobia son: La glucolisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La glucolisis ocurre en el citoplasma y es el primer paso tanto en la respiración anaeróbica como aeróbica, donde la glucosa es convertida en piruvato y 2 moléculas de ATP. Este piruvato es transportado al interior de la mitocondria, donde es convertido en Acetil Co-A produce energía en forma de ATP, NADH, FADH2 y el elimina el CO 2. El transporte de la cadena de electrones, es el tercer paso de la respiración aeróbica. Ocurre en las crestas de la mitocondria, a partir de las sustancias producidas en el ciclo de Krebs, NADH y FADH2 donde se producen 34 moléculas de ATP y se elimina agua. Los electrones son liberados y la energía a partir de los electrones es utilizada para elaborar moléculas de ATP. Al finalizar el proceso, gran parte de la energía liberada se almacena en moléculas de ATP y de la glucosa; mientras que el CO2 residual y el agua, son liberados al exterior de la célula como desecho. La respiración aeróbica por tanto, incluye varias rutas metabólicas que producen moléculas de ATP, como la glucolisis, la formación de Acetil Co-A, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosfoliración oxidativa. Las moléculas de ATP obtenidas son fundamentales para dar energía a las rutas anabólicas, que permitirán la construcción de otras moléculas complejas, asi como brindar a la célula la posibilidad de efectuar diferentes tipos de trabajo. La energía que no se usa se disipara en forma de calor.

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Fermentación o respiración anaeróbica:

La fermentación es otro proceso catabólico, se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir, en ausencia de oxígeno y cuando el ultimo aceptor de hidrógenos o electrones es una molécula orgánica sencilla. A dif erencia de la respiración anaeróbica, la fermentación tiene como último aceptor una molécula que la misma célula produce, como es el ácido pirúvico. Este proceso se compone de las reacciones que generan NAD+ el cual se usa para oxidar la glucosa, en ausencia de oxígeno, generando dos moléculas de ATP a partir de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es, a la formación del ATP mediante la transferencia directa de un grupo fosfato al ADP, a partir de un sustrato intermedio en el catabolismo. En síntesis, con la fermentación solamente una pequeña fracción de la energía de la glucosa se libera en la conversión anaeróbica del ácido pirúvico en ácido láctico o etanol. Esto habla de la ineficiencia de esta vía metabólica fermentativa, que en consecuencia, necesita más combustible que la vía aeróbica. Es así como las células que utilizan esa vía, necesitan degradar rápidamente muchas moléculas de glucosa para compensar la pequeña cantidad de energía que obtiene cada una de ella. Hay muchos tipos de fermentación alcohólica y la fermentación láctica. La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de las levaduras a partir de la glucosa, donde se producen 2 moléculas de ATP, dióxido de carbono y etanol. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato.

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  Fotosíntesis

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La vida en la Tierra depende principalmente de los seres vivos, como las plantas verdes y las algas que son capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Esto lo logran gracias a un proceso llamado, fotosíntesis. Estos organismos fotosintéticos son capaces de captar la luz solar (energía lumínica) y la transforman en energía química almacenada en forma de enlaces químicos de compuestos orgánicos (glucosa, almidón, entre otros). Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores. Los cloroplastos se encuentran en las células vegetales, estos contienen el pigmento llamado clorofila, esta es capaz de captar la energía lumínica, como la del sol, para poder sintetizar la glucosa a partir del CO2 y H2O. En este proceso intervienen dos etapas, conocidas como la etapa clara, lumínica o fotoquímica y la etapa oscura o bioquímica. La primera ocurre en los tilacoides de los cloroplastos en las células vegetales, consiste en una transducción energética, ya que existe una conversión de energía lumínica a energía química. Y la segunda depende de la luz, ocurre en el estroma de los cloroplastos y consiste en la reducción del CO 2 usando los productos hechos en la primera etapa, dando como resultado monosacáridos ricos en carbono y energía. En esta imagen se puede observar con más detalle las etapas de la fotosíntesis.

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CONCLUSIONES: 12

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BIBLIOGRAFÍA

https://definicion.mx/reaccion-quimica/ http://www.curtisbiologia.com/node/84 https://cibertareas.info/importancia-del-ph-en-los-sistemas-biologicos-temasselectos-quimica-2.html https://www.definicionabc.com/salud/anabolismo.php https://books.google.com.pe/books?id=y8Q0DgAAQBAJ&pg=PA99&dq=Reacci ones+qu%C3%ADmicas+en+sistemas+biol%C3%B3gicos&hl=es419&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=Reacciones%20qu%C3%ADmicas%20 en%20sistemas%20biol%C3%B3gicos&f=false https://es.slideshare.net/renbarzol/conservacion-energia-9863458 http://cuadrocomparativo.org/cuadros-comparativos-entre-anabolismo-ycatabolismo/ http://www.genomasur.com/lecturas/Guia09.htm http://www.perueduca.pe/foro/-/message_boards/message/182802100

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