Clase #1
Conceptos Básicos de la Biología:
- Definición de Biología
- Propiedades de la Biología
- Temas unificadores de la Biología
Materia y Energía:
- Definición de materia y energía
- Descripción de los componentes de un ecosistema
- Diferencias entre reacciones endergónicas y exergónicas
Átomos, elementos y compuestos:
- Distinción entre átomos y elementos
- Identificación de los principales elementos esenciales en los organismos vivos y
discutir su papel en la corteza terrestre
- Resumir el modelo del átomo y describir sus limitaciones
- Explicar cómo el número de electrones en las capas de valencia determina el
comportamiento químico del átomo
Propiedades de la Biología
El estudio de la vida revela temas unificadores
¿Qué alcance tiene la Biología?
¿A qué ritmo avanza la Biología?
Para estudiar la Biología hay que enfocarse en unas pocas, pero grandes ideas:
1.
2.
3.
4.
5.
Organización
Información
Energía y Materia
Interacciones
Evolución
1. Organización
Biology of Campbell, pág. 5
1 La Biosfera. 2 Ecosistemas. 3 Comunidades. 4 Poblaciones. 5 Organismos. 6 Órganos. 7 Tejidos. 8 Células. 9 Organelos. 10 Moléculas.
2. Información
La forma en la que el ADN codifica información es análoga a
cómo se ordena letras de un alfabeto en palabras y frases con
significados específicos. La palabra rat, por ejemplo evoca a un
roedor, mientras que la palabra art, la cual contiene las mismas
letras, significa algo totalmente diferente. Podemos imaginar a
los nucleótidos como un alfabeto de cuatro palabras.
Biology of Campbell, pág. 7
Todo el proceso por el cual la
información en un gen dirige la
manufactura de un producto
celular se llama expresión
génica.
2. Información
3. Energía y Materia
Biology of Campbell, pág. 9
La vida requiere la transferencia
y transformación de la energía y
la materia.
El movimiento, crecimiento, reproducción y
otras actividades celulares son trabajo, y este
requiere de energía.
4. Interacciones
 A cualquier nivel, las interacciones entre los componentes de un sistema asegura la integración de
todas las partes.
Interacciones a nivel molecular:
Ejemplo: Regulación de los niveles de azúcar en sangre.
 Las células deben hacer coincidir la oferta y demanda con los procesos de rompimiento y
almacenamiento de azúcares.
 Para esta auto regulación se utiliza un mecanismo llamado regulación de retroalimentación (feedback
regulation): positive feedback y negative feedback.


Negative feedback: Un bucle en el cual la respuesta reduce el estímulo inicial.
Positive feedback: El producto final acelera su propia producción.
¿Qué retroalimentación es la común?
4. Interacciones
¿Ejemplo de positive feedback?
Biology of Campbell, pág. 10
4. Interacciones
Interacciones a nivel ecológico:
Ejemplo: Interacción de un árbol con otros organismos y su ambiente.
5. Evolución
 La evolución nos ayuda a entender todo lo que sabemos sobre la vida en la tierra.
 El registro fósil demuestra que la vida ha estado evolucionando por billones de años y como
resultado tenemos la vasta diversidad de organismos (pasado y presente).
 Evolución: proceso de cambio biológico en el cual las especies acumulan diferencias de sus
ancestros a medida que se adaptan a distintos ambientes a lo largo del tiempo.
 El tema central que explica la unidad y diversidad de la vida.
Ejemplo: caballitos de mar, libres, colibríes y jirafas lucen muy diferentes, pero sus esqueletos están
organizados de la misma forma básica.
 Se puede explicar las diferencias entre dos especies (diversidad) con la idea de que ciertos
cambios heredados ocurrieron después de que dos especies divergieron de su ancestro en común.
 Se puede explicar porqué dos especies comparten un determinado carácter (unidad), con el simple
argumento de que provienen de un ancestro en común.
“Nothing makes sense except in the light of evolution”
Theodosius Dobzhansky
Conceptos Básicos
Los organismos están hechos de MATERIA
Materia: Cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa.
Energía: Capacidad de hacer trabajo.
Elementos y Compuestos:
 La materia está hecha de elementos
Elemento: substancia que no puede descomponerse en
otras sustancias por medio de reacciones químicas.
 Actualmente 92 elementos son reconocidos. Ej.
 20 – 25 % son esenciales para la vida y reproducción
de un organismo (humanos, 25; plantas, 17).
Compuesto: es un substancia que consiste de dos o más
elementos. Ej.
 Las características de un compuesto puede ser
diferente a la de sus elementos.
Componentes fundamentales
del universo
Elementos en el Cuerpo Humano
 Tan solo cuatro elementos hacen aproximadamente el 96 %
de la materia viva: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H),
nitrógeno (N)
 El calcio (Ca), fósforo (P), potasio (K), azufre (S) y otros
pocos elementos componen el 4 % restante.
 Oligoelementos: elementos que necesitan los organismos en
diminutas cantidades.
 El hierro (Fe) lo necesitan todas las formas de vida
 El yodo (I) es un ingrediente esencial de una hormona
producida por la glándula tiroides.
 Algunos elementos son tóxicos para los organismo. Ej. El
arsénico (As) se asocia con algunas enfermedades y puede
ser letal.
Table 6: Composition of elements in the human body. The elements that make up the human body are divided
into the most common elements (A), less common elements (B) and trace elements (C). Trace elements are
typically present in very small quantities, making up less than 0.01% of a human’s mass.
Elementos que se necesitan en los seres humanos
Conceptos Básicos
 Cada elemento consiste de un cierto tipo de átomo, que es diferente de otros átomos de
cualquier otro elemento.
 Átomo: es la unidad más pequeña de la materia que todavía mantiene las propiedades de ese
elemento.
 Simbolizamos a los átomos con la misma abreviación usada para un elemento que está
hecho de esos átomos.
Ejemplo: el símbolo C representa al elemento de carbono y a un solo átomo de carbono.
Conceptos Básicos
 Un elemento es una substancia hecha de un tipo de átomo.
 La palabra ELEMENTO se refiere a una substancia específica, no a sus componentes
atómicos.
 Cuando dos o más átomos se combinan con enlaces covalentes forman una molécula:
 de un solo elemento, ej. O2
 de dos elementos diferentes, ej. CO2 , también llamado compuesto.
**En el caso de que los átomos estén unidos por enlaces iónicos no se consideran moléculas,
sino redes cristalinas.
Conceptos Básicos
 Aunque el átomo es la unidad más pequeña que tiene las propiedades de un elemento, se
compone de partes más pequeñas llamadas partículas subatómicas.
 Los físicos han logrado producir más de 100 tipos de partículas, nos enfocaremos en 3 tipos:
protones, neutrones y electrones.
 ¿Cuáles están en el núcleo atómico?
 ¿El núcleo qué carga tiene?
 Los electrones forman un nube alrededor del núcleo, ¿qué carga tiene esta nube?
 ¿Qué es lo que mantiene a los electrones cerca del núcleo?
Conceptos Básicos
 El protón y neutrón tienen una masa casi idéntica: cerca de 1.7 * 10-24 gramos (g).
 Los gramos no es ideal para describir objetos tan pequeños.
 Se usa la unidad de medida llamada dalton. El dalton es lo mismo que la unidad de
masa atómica.
 Los neutrones y protones tienen masas cercanas a 1 dalton.
 Debido a que la masa de un electrón es 1/2000 de un neutrón o protón, se ignora
la masa del electrón para calcular la masa total de un átomo.
Conceptos Básicos








Los átomos de varios elementos varían en el número de sus partículas subatómicas.
Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en su núcleo.
Este número de protones, único a ese elemento se llama número atómico.
El número atómico se escribe como un subíndice a la izquierda del símbolo de ese elemento.
Por defecto un átomo de un elemento es neutro, a menos que se indique lo contrario.
Por lo tanto, el número atómico dice también el número de electrones.
Número de masa: el número total de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.
El número de masa se representa como un superíndice a la izquierda del símbolo de ese
elemento.
 ¿Cómo se puede deducir el número de neutrones?
Conceptos Básicos
 En la tabla periódica los elementos están organizados en orden
creciente del número atómico.
 Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de
protones pero pueden tener distinto número de neutrones.
 Si el número de neutrones cambia, también lo hace la masa.
 Isótopo: las diferentes formas anatómicas de un mismo elemento.
 En la naturaleza en elemento puede ocurrir como una mezcla de
sus isótopos.
 Ejemplo: C.
Conceptos Básicos
 Aunque los isótopos tienen masas diferentes, se comportan de
forma idéntica en reacciones químicas.
 Masa atómica (elementos con más de un isótopo): promedio del
número de masa esos isótopos, ponderado por su abundancia.
 Ejemplo: 126𝐶 (99 %) , 136𝐶 (1 %) , 146𝐶 ().
Periodic table highlighting the elements of life.
The periodic table shows the 118 known elements. The eleven elements typically most abundant in living organisms are
shaded in blue.
Diagrams of atomic structure.
Protons and neutrons are located in the
nucleus, and electrons are located outside
the nucleus.
Concentric ring diagrams show electrons in
rings that represent discrete energy levels.
These diagrams indicate how reactive an
element is, but they do not accurately
represent the location of electrons in an
atom.
Orbital shape diagrams show the
mathematically defined spaces where
electrons are most likely to exist.
These diagrams more accurately show the
location of electrons, but they are difficult
to draw and do not readily indicate an
atom's reactivity.
Carbon atom.
A model of a carbon atom can
be drawn using information
from the periodic table.
La capa de valencia determina
la estabilidad de un elemento:
esta es la valencia localizada en
la capa externa de electrones de
un átomo.
• An ecosystem consists of organisms that interact and their environment.
• An ecosystem has producers that convert carbon dioxide and water into organic molecules.
• Most producers are photosynthetic, meaning that they use sunlight as an energy source for
fixing carbon.
• Consumers and decomposers acquire energy and organic material from producers, and convert
organic matter back into carbon dioxide and water through the process of cellular respiration.
• Biogeochemical cycles involve the movement of matter between living and non-living
systems.
Food Chains and Food Webs
The fate of ingested chemical-bond energy: Why all the energy ingested by a heterotroph
is not available to the next trophic level
Only 17% of the ingested energy is converted into insect biomass through growth and can serve as food for the next
trophic level, but not even that percentage is certain to be used in that way because some of the insects die before
they are eaten.
CONSUMIDORES: los organismos que adquieren materia orgánica por la comida
derivada de los productores u otros consumidores.
Las moléculas orgánicas tienen relativamente alta energía y los organismos extraen la
energía de moléculas orgánicas a través del proceso llamado RESPIRACIÓN CELULAR.
La reacción de respiración celular es el reverso de la fotosíntesis.
Molécula Orgánica + O2  CO2 + H2O + Energía
DESCOMPONEDORES: el proceso de descomposición referido al rompimiento de
materia orgánica.
En un ecosistema la energía fluye de los productores a los consumidores.
Las reacciones químicas pueden ser exergónicas y endergónicas.
Chemical energy.
Exergonic reactions release energy so that the products have less energy than the reactants (top).
Endergonic reactions consume energy so the products have more energy than the reactants (bottom).
Conclusiones/Objetivos
Distinguish between atoms and elements.
An element is a pure substance that cannot be chemically reduced into simpler substances.
Elements are the simplest types of substances. Atoms are particles that make up elements.
Each element is composed of a distinct atomic number, determined by the number of
protons in the nucleus. Isotopes of elements have the same atomic number but different mass number, determined
by the number of neutrons in the nucleus.
Identify the main essential elements in all living organisms and discuss the role of trace elements.
Four essential elements, oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen, make up more than nine-tenths of living organisms by
mass. In humans, 25 elements in all are essential for health, although trace elements are needed only in small quantities.
Summarize the simplified atomic model and describe its limitations.
The ring model of the atom shows the number of valence electrons and makes it easy to predict the reactivity of an element.
However, it does not accurately represent the relative scale of subatomic particles, and electrons do not really orbit in rings.
Rather, they have a probability of existing in a mathematically defined space called an orbital.
Explain how the number of electrons in valence shells determines the chemical behavior of an atom.
The valence shell is the outermost electron shell of an atom. A full valence shell is more stable than a partially filled one.
Therefore, atoms tend to gain, lose or share electrons to achieve a full valence shell. The valence of an element
determines the nature of the chemical bonds it can form with other elements.
Estructura de las moléculas y los compuestos
Enlaces Químicos
Isómeros
Grupos Funcionales
Monómeros y Polímeros
Objetivos:
- Distinguir entre moléculas y compuestos
- Explicar qué son las fuerzas intermoleculares
- Relacione la importancia de las uniones químicas y las reacciones
químicas para los procesos de la vida
- Describa las propiedades del carbono que permiten que se formen
moléculas orgánicas
- Resuma el experimento de Miller-Urey y explique su significado
Energía:
Capacidad de hacer trabajo.
Capacidad de causar cambio.
¿Dónde hay más energía potencial?
Energía Potencial: energía que tiene la materia debido a su localización o estructura.
Ej. Reservorio en una colina.
Energía Potencial en un Átomo
 Los electrones de un átomo tienen energía potencial debido a su distancia desde el
núcleo.
 Los electrones se encuentran en distintas capas de electrones
Niveles de Energía
 Los electrones pueden existir solamente a ciertos niveles de energía, no entre los
niveles.
 Los electrones tienden a existir en el estado de energía potencial más bajo
disponible.
 Sin embargo, la primera capa solo puede contener dos electrones.
 Átomos con más de dos electrones, los electrones adicionales deben ocupar las
capas de electrones más altas.
 La segunda capa puede contener máximo 8 electrones.
Niveles de Energía
 El comportamiento químico de un átomo está determinado por la distribución de
sus electrones en las capas de electrones.
 El comportamiento químico de un átomo está depende principalmente en el
número de electrones de su capa más externa.
Energía Potencial en un Átomo




La capa más externa de electrones se llama capa de valencia.
Los electrones en la capa de valencia se llaman electrones de valencia.
Ejemplo: El litio tiene un electrón de valencia.
Átomos con el mismo número de electrones en la capa de valencia
exhiben un comportamiento químico similar.
 Ejemplo: Flúor (F) y Cloro (Cl) tienen 7 electrones de valencia y ambos
forman compuestos cuando se unen al Sodio (Na).
 Un átomo que completa su capa de valencia es NO reactivo.
Diagrams of atomic structure.
 The electron shells of an atom were visualized as concentric paths of
electrons orbiting the nucleus, somewhat like planets orbiting the sun.
 Each concentric circle represents only the average distance between an
electron in that shell and the nucleus.
 Instead: describe the space in which an electron spends most of its time.
 The three-dimensional space where an electron is found 90% of the time
is called an orbital.
 Each electron shell contains electrons at a particular energy level,
distributed among a specific number of orbitals of distinctive shapes and
orientations.
 You can think of an orbital as a component of an electron shell
Diagrams of atomic structure.
Protons and neutrons are located in the
nucleus, and electrons are located outside
the nucleus.
Concentric ring diagrams show electrons in
rings that represent discrete energy levels.
These diagrams indicate how reactive an
element is, but they do not accurately
represent the location of electrons in an
atom.
Orbital shape diagrams show the
mathematically defined spaces where
electrons are most likely to exist.
These diagrams more accurately show the
location of electrons, but they are difficult
to draw and do not readily indicate an
atom's reactivity.
Las moléculas basadas en el complejo carbono forman la base de la vida en
la tierra. Carbon atoms: carbon atoms bond in multiple patterns, forming
structures with widely varying properties such as graphite and diamond.
El carbono es un ejemplo de reciclaje en nuestro planeta
 Estas reacciones de reciclaje del C son conocidas como Ciclo del Carbono.
 El C se mueve entre el CO2 (gas) y una amplia variedad de compuestos
orgánicos.
 Los compuestos orgánicos contienen C e H y pueden contener otros
elementos.
 Enlaces Químicos: los elementos se combinan en diferentes maneras. Un
compuesto está formado por 2 ó más elementos que combinan en un radio fijo.
 Los compuestos se mantienen unidos por enlaces químicos.
 La valencia es la capa más externa de un átomo. Los átomos ganan o pierden
electrones para alcanzar la valencia en la última capa.
Tipos de enlaces químicos:
- Enlace covalente (necesita para romperse 30-200 Kcal/mol).
- Enlace iónico
- Fuerzas de Van der Waals ( débiles, necesitan de 1-7 Kcal/mol).
- Puentes de hidrógeno
Enlaces covalentes
• Son muy estables y fuertes
• Pueden se simples, dobles o triples
ENLACE COVALENTE: se forma cuando dos no-metales (con orbitales
incompletos) comparten electrones.
Ejemplos:
H2O: el H tiene 1 electrón de valencia  necesita otro electrón.
El oxígeno tiene 6 electrones de valencia y necesita llegar a 8 
comparte 2 electrones.
Electronegatividad: la fuerza con que atrae un átomo a sus electrones
Diferente electronegatividad  polaridad
Enlaces de hidrógeno
Figure 3: Hydrogen bonding.
In the water molecule, the shared electrons
(represented by the blue arrows) are more closely
associated with the oxygen atom than with the
hydrogen atoms due to oxygen's higher
electronegativity.
Because of the water molecule's bent shape and its
atoms' unequal sharing of electrons, it has partial
positive (δ+) and partial negative (δ-) poles.
The partially positive charge of the hydrogen on
one molecule is attracted to the partially negative
charge of the oxygen on another,
forming a hydrogen bond.
Las atracciones No-covalentes entre moléculas son llamadas
FUERZAS INTERMOLECULARES.
Son los Puentes de Hidrógeno y las Fuerzas de Van der Waals.
Enlaces de Van der Waals: débiles interacciones
entre moléculas apolares
Enlaces iónicos
• Entre un átomo muy
electronegativo y otro muy poco
• Metal con No metal
• Fuertes en sólidos, pero débiles
en soluciones al dispersarse
• Estables
Isómeros
Figure 6: Examples of structural isomers, cis-trans isomers and enantiomers are shown.
(a) Structural isomers possess the same number and type of atoms, but the atoms are bonded
together in a different arrangement. (b) Cis- and trans- isomers differ in how the atoms are
arranged around a double bond. In the cis- form, two similar groups are on the same side of the
bond, while in the trans- form, the similar groups are on opposite sides of the bond. (c)
Enantiomers are isomers where one molecule is a mirror image of the other.
Grupos funcionales en biomoléculas
Grupos funcionales en biomoléculas