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domingo, 9 de febrero de 2014

Características del ácido fosfórico.

El ácido fosfórico presenta un doble enlace P=O


Este doble enlace está formado por un par de electrones σ y un par de electrones π. Estos electrones π son atraídos por el oxígeno, de manera tal que el oxígeno queda con una carga negativa mientras que el fósforo queda con una carga positiva (no son densidades de carga, son cargas netas). Estas cargas se deslocalizan formando estructuras de resonancia, estabilizando la molécula. Estas cargas que se generan son muy importantes en las interacciones no covalentes. La estructura del ácido fosfórico es un híbrido de resonancia. Por ejemplo, esto posibilita la estructura de doble cadena del ADN en los cuales los grupos fosfatos se encuentran dispuestos hacia un extremo de la molécula de ADN.

La molécula de ADN está formada por una hebra en posición 3'→5' y una hebra complementaria en posición 3'→5' y hacia el centro de estas estructuras parten las bases nitrogenadas que interactúan entre sí a través de puentes de hidrógeno (es decir, de uniones no covalentes). Hacia afuera de esta doble hélice se disponen los grupos fosfatos. Estos grupos fosfatos se encuentran cargados negativamente por resonancia. Estas cargas negativas van a posibilitar que esa molécula de ADN que es la que se representa en azul, rojo y blanco en la siguiente figura, pueda interactuar con una proteína (que se ve en color gris). Esta interacción de esta proteína con el ADN se establece con las cargas negativas de estos grupos fosfatos de manera específica.


Entonces estas cargas negativas generadas por resonancia establecen plataformas de interacción de diferentes moléculas.

domingo, 2 de febrero de 2014

La Guía Sanford para el Tratamiento Antimicrobiano. 2013. 43a edición. ESPAÑOL


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sábado, 1 de febrero de 2014

Molecular cell Biology. Lodish. 7th edition (solamente disponible en inglés)


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martes, 21 de enero de 2014

Química Analítica Cualitativa. Burriel Martí.



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Bases químicas de la vida. Fundamentos químicos.

Características del ácido fosfórico.

El ácido fosfórico presenta un doble enlace P=O


Este doble enlace está formado por un par de electrones σ y un par de electrones π. Estos electrones π son atraídos por el oxígeno, de manera tal que el oxígeno queda con una carga negativa mientras que el fósforo queda con una carga positiva (no son densidades de carga, son cargas netas). Estas cargas se deslocalizan formando estructuras de resonancia, estabilizando la molécula. Estas cargas que se generan son muy importantes en las interacciones no covalentes. La estructura del ácido fosfórico es un híbrido de resonancia:

Por ejemplo, esto posibilita la estructura de doble cadena del ADN en los cuales los grupos fosfatos se encuentran dispuestos hacia un extremo de la molécula de ADN.

La molécula de ADN está formada por una hebra en posición 3'→5' y una hebra complementaria en posición 3'→5' y hacia el centro de estas estructuras parten las bases nitrogenadas que interactúan entre sí a través de puentes de hidrógeno (es decir, de uniones no covalentes). Hacia afuera de esta doble hélice se disponen los grupos fosfatos. Estos grupos fosfatos se encuentran cargados negativamente por resonancia. Estas cargas negativas van a posibilitar que esa molécula de ADN que es la que se representa en azul, rojo y blanco en la siguiente figura, pueda interactuar con una proteína (que se ve en color gris). Esta interacción de esta proteína con el ADN se establece con las cargas negativas de estos grupos fosfatos de manera específica.







Entonces estas cargas negativas generadas por resonancia establecen plataformas de interacción de diferentes moléculas.

Energía de los enlaces.

Desde el punto de vista biológico, las interacciones covalentes son mucho más fuertes y más estables que las interacciones no covalentes. Es decir que para romper una unión covalente se requiere de mucha energía, se requiere mucho aporte energético para romper uniones covalentes, por ejemplo, una unión C-C. La energía térmica a 25°C, normalmente, es 0,6 kcal/mol.


Para romper un enlace C=C se requieren 0,24.103kcal/mol, es decir, se requiere muchísima energía térmica a 25°C para romper ese doble enlace C=C. Esta alta estabilidad energética hace que estas uniones covalentes constituya la base arquitectónica de las estructuras de las biomoléculas. Mientras tanto, las interacciones no covalentes son mucho más lábiles desde el punto de vista energético. Por ejemplo, podemos ver que para romper un puente de hidrógeno sólo necesitamos 2,4 kcal/mol, es decir, mucho menos que los 240 kcal/mol que necesitamos para romper un enlace C=C. Entonces podemos decir que las interacciones no covalentes son muy inestables desde el punto de vista energético.

Si bien las interacciones no covalentes son muy débiles desde el punto de vista energético, son muy importantes, porque posibilitan la estabilización de estructuras y la interacción de moléculas entre sí.


En la figura podemos ver una proteína. Esta proteína que vemos en azul tiene un sitio catalítico, es decir, es una proteína que actúa como una enzima. Ese sitio catalítico es lo que podemos ver representado con unas esferas rojas, las cuales representan una molécula de ATP. En este sitio catalítico la enzima fosforila a un sustrato: el sustrato se ubica en ese sitio catalítico y lo fosforila. Pero podemos ver que este sitio catalítico se encuentra ocluido por dos loops (en amarillo), de manera tal que ningún sustrato puede interactuar con el ATP para ser fosforilado. Toda esta estructura que está adaptada a su función depende de las interacciones no covalentes. Si bien es una proteína que resulta de la unión covalente de sus aminoácidos (uniones peptídicas) altamente estables desde el punto de vista energético, esta disposición tridimensional en el espacio está dada por interacciones no covalentes.

Cuando esta estructura, estabilizada por uniones no covalentes, interactúa con otra proteína (en la figura está representada en color verde) ambas interactúan entre sí por uniones no covalentes. Lo que hace esta interacción transitoria, débil desde el punto de vista energético, es desplazar a estos dos loops (en amarillo) y abrir el sitio catalítico para que todas aquellas moléculas que deban ser fosforiladas puedan entrar y tomar contacto con la molécula de ATP.

Entonces la estabilización y la interacción de las moléculas se fundamenta en la presencia de las uniones no covalentes.

• Los enlaces covalentes son muy estables porque las energías requeridas para romperlos son muy altas.

• La energía requerida para romper las interacciones no covalentes en mucho menor porque son más débiles. EXISTENCIA TRANSITORIA.

• Sin embargo múltiples interacciones no covalentes pueden actuar juntas para producir asociaciones altamente estables y específicas.

Enlaces no covalentes.

Hay diferentes tipos de enlaces no covalentes:

• Interacciones iónicas.

• Puentes de hidrógeno.

• Interacciones de van der Waals.

• Efecto hidrófobo.

Son uniones débiles y transitorias.

Interacciones iónicas.

Se dan por la atracción entre cationes (ion con carga positiva) y aniones (ion con carga negativa). Estas interacciones iónicas no poseen una geometría definida, porque el campo electrostático alrededor de un ion es uniforme en todas las direcciones. Se generan estrutcturas cristalinas.

En soluciones acuosas, los iones simples como Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y Cl- se encuentran hidratados. Previamente vimos que el agua es una molécula polar porque se encuentra formada por átomos con diferente electronegatividad, y como consecuencia, los electrones no se distribuyen de manera equitativa. Esto produce una densidad de carga negativa sobre el O (que es el átomo más electronegativo) y una densidad de carga positiva sobre los H. Entonces el extremo que posee una densidad de carga negativa podrá interactuar con los cationes, cubriendo así al catión. Entonces decimos que el catión se encuentra hidratado.

Esta interacción de las moléculas de agua con los iones posee menor energía que las estructuras cristalinas, por lo tanto los compuestos iónicos en agua se disuelven rápidamente porque de esta manera pueden liberar parte de la energía que utilizan para permanecer como una estructura cristalina y así lograr mayor estabilidad.

Entonces vimos que dos iones con cargas opuestas interactúan entre sí formando estructuras cristalinas:





La fuerza relativa de las interacciones entre dos iones, por ejemplo Cl- y
Na+ depende de la concentración de otros iones en la solución. Mientras más alta sea la concentración de otros iones A- , y C+ la interacción entre Cl- y
C+ es más probable que la interacción entre Cl- y Na+ , de manera que la energía para romper la estructura cristalina que genera el NaCl es mucho menor.

Como resultado, en una solución biológica que posee estructuras que se encuentran unidas a través de interacciones iónicas, si queremos separar estas estructuras debemos debilitar y perturbar las interacciones iónicas que las mantienen unidas, y esto lo podemos lograr aumentando la fuerza iónica de una solución, es decir, agregando sales de electrolitos fuertes, como por ejemplo NaCl, los cuales en solución generan iones, que interactuarán con los iones que generan las interacciones iónicas que mantienen unidas las estructuras y así las podremos disociar.

Cuando trabajamos con células in vitro, estas células se encuentran en suspensión, y es muy importante que la fuerza iónica de la suspensión celular sea lo más parecido a la fuerza iónica que tenía cuando se encontraba en el tejido o el órgano, porque la calidad y la concentración de los iones va a determinar que tan estables son las estructuras en cuanto a su disposición tridimensional en el espacio, tanto proteínas como ácidos nucleicos y lípidos. Estas interacciones iónicas determinan las conformaciones de las moléculas, y esto depende de la concentración de iones.

Si modificamos la fuerza iónica del buffer de la suspensión celular, podemos desnaturalizar las proteínas o bien evitar que las moléculas interactúen entre sí. Por eso es muy importante controlar la fuerza iónica del buffer de trabajo.

sábado, 7 de diciembre de 2013

Fundamentos químicos: características de los enlaces covalentes.

La magnitud de la capacidad de un átomo para atraer un electrón se denomina electronegatividad.
En una molécula los átomos pueden compartir los electrones de forma equitativa o no.
Cuando dos átomos poseen igual o similar electronegatividad, comparten los electrones de manera equitativa (ejemplo: enlaces C-C y enlaces C-H). Este enlace es denominado enlace no polar. Sin embargo, la mayoría de los átomos poseen distinta electronegatividad, formando enlaces polares. En los enlaces polares los electrones no se comparten por igual. Los electrones se encuentran más atraído por el átomo más electronegativo, de manera que se genera una densidad de carga negativa δ-  en el átomo más electronegativo y una densidad de carga positiva δ+ en el átomo menos electronegativo (ejemplo: enlace O-H). Esto es característico de los enlaces polares.

Esta diferencia de cargas en la molécula es muy importante para describir la solubilidad de distintos compuestos. Como regla general, decimos que las sustancias polares son solubles en solventes polares mientras que las sustancias no polares son solubles en solventes no polares.

Una molécula polar posee una porción con densidad de carga negativa donde se encuentra el átomo más electronegativo, y una porción con densidad de carga positiva. De forma tal que cuando se juntan dos moléculas polares, las porciones con densidad de carga positiva de una molécula será atraída por la porción con densidad de carga negativa de la otra. De esta manera se explica la solubilidad de compuestos polares en solventes polares: hay una interacción de las densidades de carga de las moléculas.

Un ejemplo muy importante de solvente polar es el agua. Una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido a dos átomos de hidrógeno. El oxígeno es muy electronegativo respecto al hidrógeno, por lo tanto, los electrones que forman el enlace covalente entre los átomos de oxígeno e hidrógeno generan una densidad de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y una densidad de carga positiva sobre los átomos de hidrógeno. Por lo tanto, el enlace O-H posee un dipolo eléctrico.

La creación de dipolos eléctricos en los enlaces covalentes posibilita interacciones electrostáticas no covalentes entre moléculas. (Ejemplo: puentes de hidrógeno)


Entonces, las sustancias solubles en solventes polares son solubles en agua, por lo tanto se las denomina hidrófilas. Las sustancias no polares son insolubles en agua, y se las denomina hidrófobas.

La presencia de los dipolos eléctricos en el agua, no sólo posibilita la disolución de compuestos polares, sino también la organización de la arquitectura de las moléculas de agua.

Fundamentos químicos: el átomo de carbono.


El átomo de carbono (C) forma enlaces covalentes estableciendo una estructura tetraédrica. El átomo de C puede unirse un mismo tipo de átomo, como por ejemplo en el metano, donde se encuentra unido a 4 hidrógenos mediante enlaces covalentes formando una estructura tetraédrica formando ángulos de 109,5°. Puede unirse a átomos como por ejemplo el oxígeno (O) con el cual puede compartir dos pares de electrones, formando un doble enlace, de forma tal que la geometría es plana, con ángulos de 120°.



Una particularidad importante que presenta el átomo de carbono tetraédrico es la posibilidad de unirse a cuatro restos diferentes constituyendo una molécula asimétrica (a diferencia de lo que ocurre con el metano). La importancia de estos carbonos asimétricos radica en la capacidad de establecer estereoisómeros (imágenes especulares). Estos estereoisómeros tienen mucha importancia en cuanto a su diferente actividad biológica; incluso uno de esos estereoisómeros puede ser activo desde el punto de vista biológico y el otro puede no tener actividad.

La presencia de átomos de carbono asimétricos determina la obtención de estereoisómeros con diferente actividad biológica.


Esto se da fundamentalmente en las proteínas.

Las proteínas están formadas por aminoácidos, los cuales están formados por un Cα que se encuentra unido a un H, un grupo NH3 , un grupo COOH y un resto R (en la glicina, Gly, el grupo R es un H, por lo tanto no presenta estereoisomería). Como consecuencia de esto, el Cα es un C asimétrico, presentando dos isómeros diferentes: el isómero D y el isómero L, ambos poseen diferente actividad biológica.