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INSTITUTO DE TECNOLOGÍA ORT CARRERA DE TÉCNICO SUPERIOR EN QUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA CURSO DE NIVELACIÓN CURSO DE NIVELACION 2009 CRONOGRAMA Las clases se dictarán de lunes a jueves de 19.00 a 22.30 hs, entre el 2 y 12 de marzo de 2009. Evaluación: lunes 16 de marzo 19.00 hs. Día 1 - Química El átomo. Revisión de modelos atómicos. Modelo atómico actual. N° atómico, N° másico, masa atómica, Isótopos. Configuración Electrónica, Aplicación de la regla de las diagonales. Resolución de ejercicios. Día 2 - Química Tabla Periódica. Grupo. Periodo. Propiedades Periódicas, Electronegatividad, Radio atómico. Teoría del Octeto de Lewis. Uniones Químicas, unión iónica, unión covalente. Resolución de ejercicios. Día 3 – Matemática y Física Magnitudes. Magnitudes físicas, Magnitudes fundamentales, Magnitudes derivadas. Instrumental de medición. Unidades de medida. Sistema Internacional, Sistema Métrico Legal Argentino (SIMELA). Resolución de ejercicios. Día 4 – Biología Niveles de Organización de la Materia. La Célula. Célula procarionte, Célula eucarionte. Estructuras y organelas. Similitudes y diferencias. Cromosoma, ADN, Gen. Leyes de la Herencia. Resolución de ejercicios. Consultar comisión y días de encuentro en: http://biotecnologiaort.blogspot.com BIOTECNOLOGIA QUÍMICA Estructura del Átomo Los átomos se hallan constituidos por dos zonas: una central llamada núcleo muy pequeña (10-15 m) en relación al volumen total del átomo (10-10 m) y otra extra-nuclear. Casi toda la masa del átomo está concentrada en el núcleo (99,9 %); la carga del mismo resulta positiva dado que las partículas que lo constituyen (llamadas genéricamente nucleones) son los protones (carga eléctrica +1) y los neutrones (carga eléctrica = 0).En la zona extra-nuclear se encuentran los electrones, de carga eléctrica negativa (-1). La masa de éstos últimos resulta despreciable frente a la de los protones y neutrones, según se muestra en la siguiente tabla: Zona del Átomo Partícula Carga eléctrica relativa Núcleo Protón Neutrón +1 0 Masa absoluta (umas) 1,0073 1,0087 Zona extra nuclear electrón -1 5,48x10-4 Los átomos neutros de los elementos contienen el mismo número de protones que de electrones. Se llama número atómico de un elemento al número de protones que posee un átomo (que en el caso de un átomo neutro es igual al número de electrones). Se simboliza con la letra Z. La identidad química de cada elemento químico se puede determinar a partir de su número atómico. El número másico, representado por la letra A, es la suma del numero de protones + neutrones que posee un átomo: A = Z + n. Todos los átomos (neutros) de un mismo elemento contienen el mismo número de electrones y protones pero pueden tener un número distinto de neutrones. Estos son los isótopos, o sea átomos con el mismo número de protones pero que difieren en el número de neutrones, es decir átomos qué contienen el mismo número atómico y diferente número másico. Así, el elemento cloro (Símbolo químico Cl), tal como se lo encuentra en la naturaleza, es una mezcla de dos isótopos: uno con número másico 35 (A=35) y el restante con número másico 37 (A=37), que se encuentran en diferente proporción. Para representar los isótopos se usa el siguiente simbolismo: el número atómico Z se coloca en la parte inferior izquierda del símbolo químico del elemento y el número másico A en la parte superior izquierda. A Z X Estructura electrónica de los átomos El modelo más simple de un átomo (modelo planetario) propone a los electrones ubicados en capas o niveles y subcapas o subniveles de energía. Teorías más modernas han demostrado que resulta imposible precisar la posición y la velocidad de los electrones que giran en torno al núcleo. Se habla así de regiones en las que existe una elevada posibilidad de hallar a los electrones. Esas regiones se conocen como orbitales atómicas. Cada nivel de energía consta de uno o varios orbitales atómicos. Los orbitales se denominan s, p, d y f. Existen un solo orbital tipo s, tres tipo p, cinco tipo d y siete tipo f. Cada orbital alberga (como máximo) 2 electrones, con sus espines (sentido de rotación) en direcciones opuestas. Por consiguiente, se puede ejemplificar para los primeros niveles: 1 BIOTECNOLOGIA NIVEL 1 2 3 SUBNIVEL s s p s p d CANTIDAD MÁXIMA DE ELECTRONES POR SUBNIVEL NIVEL 2 2 2 6 8 2 6 10 18 El orden de llenado de electrones en los niveles y subniveles es el siguiente: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f ....... De modo que la configuración electrónica de los primeros 10 elementos será: Hidrogeno H (Z=l) 1s Helio He (Z=2) 1s2 Lítio Li (Z=3) 1s2 2s Berílio Be (Z=4) 1s2 2s2 Boro B (Z=5) 1s2 2s22p Carbono C (Z=6) 1s2 2s2 2p2 Nitrógeno N (Z=7) 1s2 2s2 2p3 Oxigeno O (Z=8) 1s2 2s2 2p4 Fluor F (Z=9) 1s2 2s2 2p5 Neón Ne (Z=10) 1s2 2s2 2p6 Formación de iones Si un átomo neutro capta uno o más electrones, poseerá en exceso una o más cargas negativas (el número de protones no se modifica!), transformándose en un ión negativo o anión. Si en lugar de ganar electrones, cede uno o más de éstos, se transformará en un ión positivo o catión. Esto surge como consecuencia del balance entre el número de protones (que no ha variado!) y el número de electrones (que en el segundo caso es menor!). Ej. Ión O2-: configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 Ej. Ión Li+: configuración electrónica: 1s2 2 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRÁCTICO N°1 1. Cuántos electrones y cuántos protones tiene un átomo neutro cuyo número másico es 56 y posee 30 neutrones. 2. Indique el número de protones, neutrones y electrones en el átomo que se posee A=22 y Z=11. 3. Complete el siguiente cuadro (átomos neutros) Z símbolo A n° protones n° electrones n° neutrones S 16 20 20 10 35 10 80 Sr 88 Sn Hg 66 200 88 138 59 82 4. Complete el siguiente cuadro (corresponde a iones) Carga Z +3 Símbolo 13 80 +1 Na -2 Se +2 protones neutrones 35 12 79 27 29 electrones 27 -1 +1 A 32 34 3 BIOTECNOLOGIA 5. En la naturaleza los elementos suelen encontrarse como mezcla de isótopos. Tres isótopos del carbono son: 12C (carbono 12), 13C (carbono 13) y 14C (carbono 14). Este último es radiactivo y se emplea en antropología para datar restos fósiles. Determine para cada isótopo el número de partículas subatómicas. 6. Escriba la configuración electrónica completa del átomo de a) Ne (Z=10) b) Na (Z=11) c) Cl (Z=17) d) Ar (Z=18) e) Ti (Z=22) f) Zr (Z= 40) 7. Escriba A cada a) Z = 11 A = 23 Z X con el símbolo adecuado, para cada uno de los siguientes isótopos: b) Z = 28 A = 64 c)Z = 17 A = 35 d) Z = 8 A = 17 8. Identifique los iones cuya configuración electrónica y carga se indica a continuación: a) 1s2 2s2 2p6 carga +2 e) 1s2 2s2 2p6 carga +3 b) 1s22s22p6 carga -2 f) [Ar] 3d2 carga+3 2 6 c) [Ne] 3s 3p carga +1 g) [Ne] 3s2 3p6 carga+3 d) [Ne] 3s2 3p6 carga -1 9. Complete el siguiente cuadro: Carga Z 0 3 Atomo/ Ion A Número de Número de Número de protones neutrones electrones 7 S +2 0 +3 20 S 32 Si 28 20 14 9 13 Cl +1 16 -2 27 35 17 11 12 20 Ca 11 17 10 23 +2 12 O-2 18 12 8 11 17 4 BIOTECNOLOGIA Tabla Periódica El sistema de arreglo y clasificación de los elementos químicos se denomina TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. Las propiedades de los elementos varían periódicamente cuando los mismos se ordenan en orden creciente de número atómico (ley periódica). El número atómico de un átomo neutro es igual al número de protones y de electrones, mientras que este último determina la configuración electrónica del elemento, la cual determina a su vez las propiedades del mismo. Las filas horizontales de la tabla se denominan períodos, en tanto que las verticales se conocen como grupos o familias de elementos. Todos los elementos de un mismo grupo presentan un arreglo similar de electrones en el nivel más externo (electrones de valencia). Esta característica les confiere propiedades químicas similares. Los grupos se subdividen en dos clases; A y B, además de un último grupo indicado como grupo cero. Existen 7 periodos y cada uno de ellos, con excepción del primero, comienza con un elemento metálico, muy reactivo (del grupo IA o de los metales alcalinos), y finaliza en un gas noble, de reactividad prácticamente nula. Un esquema de la tabla se muestra en la figura, aclarando en la misma la denominación genérica de elementos representativos (bloques s y p), elementos de transición o del bloque d (subgrupos B y VIII), elementos de transición interna o del bloque f (elementos de número atómico del 57 al71 (lantánidos) y del 89 al 103 (actínidos). El grupo ubicado en el margen derecho esta constituido por los gases nobles. IA IIA IIIA IIIB IVB VB Elem. VIB VIIB Elementos de transición VIIIB IB IIB Bloque d Repres. IVA VA VIA VIIA 0 NO METALES Elementos Representativos Bloque p Bloq. s M E T A L E S Elementos de transición interna Bloque f En la tabla periódica puede observarse una división entre metales y no metales. Los metales, ubicados a la izquierda de la Tabla son buenos conductores del calor y la electricidad, en tanto que los no metales están ubicados en la parte superior derecha. Estos últimos se combinan habitualmente entre ellos Ej dióxido de carbono CO2, o bien se produce la combinación con un metal, Ej. cloruro de sodio NaCl. Regla del octeto: En general al formar compuestos, los elementos tienden a adquirir configuración electrónica de gas noble más cercano (Excepción: elementos del primer período para los que vale la regla del dueto (completar dos electrones) H (1 e) + 1 e ———> He (2 e) F (9 e) + 1 e ————-> Ne (10 e) Na (11 e) – 1 e ———> Ne (10 e) 5 BIOTECNOLOGIA Propiedades periódicas Radio atómico: El radio atómico decrece gradualmente a lo largo de un período. Esto es debido a que los átomos de un mismo periodo poseen el mismo número de capas o niveles de electrones; al desplazarse hacia la derecha y pasar al elemento siguiente, el electrón que se agrega se aloja en el mismo nivel, incrementándose sin embargo la carga nuclear en una unidad (se agrega un protón). Esto provoca un aumento gradual en la atracción que el núcleo ejerce sobre los electrones, produciendo una contracción de tamaño. A su vez, se puede observar un marcado incremento del radio atómico al descender en cada grupo. Esto es una clara consecuencia del aumento del número de capas electrónicas en ese sentido, cuyo notable efecto no alcanza a ser contrarrestado por el aumento simultáneo de la carga nuclear. Radio iónico: Cuando un átomo forma un catión, el radio disminuye en tanto que cuando forma un anión el radio aumenta. Esto se debe a una disminución o un aumento del tamaño de la nube electrónica. Por otro lado, cuando mayor es la carga de un catión, menor será su radio iónico (mayor atracción entre núcleo y electrones).Dentro de un grupo, los iones de igual carga aumentan su radio de arriba hacia abajo, como consecuencia del mayor número de capas electrónicas. Comparando especies isoelectrónicas dentro de un periodo (es decir iones que posean igual número de electrones), como por ej. N-3, O-2, F-, se observa una disminución del radio iónico, debido a que el número de electrones es siempre el mismo, pero la carga nuclear (protones) aumenta progresivamente, provocando por consiguiente, mayor atracción entre electrones y carga positiva (menor tamaño). Electronegatividad: A cada elemento se le ha asignado un número positivo llamado electronegatividad, que representa la habilidad de un átomo para atraer y retener los electrones de enlace. Pauling desarrolló una escala de electronegatividades en la cual asignó el número 4 al elemento flúor (F), que es el elemento con la mayor capacidad para atraer electrones, es decir el más electronegativo. Los elementos más electronegativos se encuentran en el extremo superior derecho de la tabla periódica. Los elementos cesio (Cs) y francio (Fr), en el otro extremo de la tabla periódica (inferior izquierdo) tienen los valores mas bajos de electronegatividad. El F con su configuración electrónica ls2 2s2 2p3 , sólo necesita atraer un electrón para quedar con una configuración estable de gas noble (Ne) (o capa completa). Contrariamente, los elementos del grupo IA (alcalinos), a los que pertenece el Cs, tienen una configuración de gas noble con un solo electrón en su último nivel. Por esa razón, para adquirir la configuración del gas noble siguiente necesitaría captar un gran número de electrones. Así es que tiene más facilidad para ceder su único electrón y formar un ion positivo (configuración de gas noble anterior) que para captar electrones para formar un ion negativo. En general, valores grandes de electronegatividad significan facilidad para atraer electrones en tanto que valores pequeños significan dificultad para atraer electrones (y facilidad para ceder electrones). 6 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRÁCTICO N°2 1. Emplee la tabla periódica para indicar el símbolo y número atómico de cada uno de los elementos siguientes, especificando si se trata de un metal o un no metal: iodo, magnesio, oro, litio, flúor, cromo, plata, mercurio, nitrógeno, potasio, uranio. 2. Cierto elemento, ampliamente distribuido en la naturaleza, tiene la siguiente configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. Indicar cuál es el elemento, aclarando a qué periodo y a qué grupo de la tabla periódica pertenece. 3. Tachar lo que no corresponda: a) La estructura electrónica de los elementos alcalinos es tal que en su nivel u órbita más externa hay: 8-7-6-1-2 electrones. b) Un elemento que forma fácilmente iones A-2 debe tener: 3-6-2-4-5 electrones en su capa de valencia o nivel más externo. c) La estructura electrónica de los halógenos es tal que en su órbita o nivel más externo hay: 35-1-7-6 electrones. 4. Complete el siguiente cuadro: Config. electrónica Símbolo Grupo Período 1s2 2s1 1s2 2s2 1s2 2s2 2p6 3s2 1s2 2s2 2p2 5. Identifique el elemento cuya configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 y complete los siguientes puntos, relacionando también con el tema anterior: a) el número total de electrones es ……….. y es igual al número de………. en el núcleo del átomo b) El número de electrones en la capa de valencia es .........,coincide con el número de ............... c) En la capa de valencia hay .......... electrones en el subnivel ....... y .......... electrones en el subnivel............ d) El elemento pertenece al período ........... los electrones se ubican en el nivel caracterizado con un valor de n= .......... los electrones interiores se ubican en las capas con n = .............. y n =………. e) Si el elemento gana tres electrones se transforma en un ion ...................... (..................), cuya configuración electrónica es .................................... 6. Dadas las características del núcleo de cuatro átomos diferentes complete el siguiente cuadro e indique que elementos presentan propiedades químicas similares. Átomo Protones Neutrones A 4 5 B 8 8 C 12 12 D 16 16 Símbolo No de e- en la capa de valencia Período Grupo Metal / No Metal 7 BIOTECNOLOGIA Uniones Químicas ¿Qué es un enlace químico? Se define como la fuerza de enlace o atracción que mantiene unidos a grupos de dos o más átomos para que funcionen como unidad. Cuando los átomos se combinan para formar enlaces químicos utilizan para ello los electrones de la capa más externa o de valencia. En general, la naturaleza busca situaciones de estabilidad y ésta en general se obtiene cuando los átomos adoptan configuraciones electrónicas idénticas a la de los gases nobles (por ésta causa: una muy estable configuración electrónica) los gases nobles son muy poco reactivos y tienden a no combinarse con otros elementos. Esta tendencia puede enunciarse como una regla: Regla del octeto: En general al formar compuestos, los elementos tienden a adquirir configuración electrónica de gas noble más cercano (Excepción: elementos del primer período para los que vale la regla del dueto (completar dos electrones) Ej. H (1 e-) + 1 e........ CE He (2 e-) F (9 e ) + 1 e ......... CE Ne (10 e-) Na (11 e-) – 1 e- ……… CE Ne (10 e-) Esta tendencia los elementos tratan de cumplirla cuando forman compuestos a través de dos tipos de enlaces químicos: iónico y covalente. Enlace Iónico: implica una transferencia de electrones de un átomo a otro, es decir tiene que ver con la formación de iones. Hemos visto que un ión se forma cuando un átomo neutro cede o recibe electrones, lo que implica una diferencia entre el número de electrones y el número de protones que hay en el núcleo. Hemos visto también que los iones pueden ser positivos o negativos (cationes o aniones). Estos iones positivos y negativos son los que se atraen entre sí por fuerzas electrostáticas, es decir de origen eléctrico, y se disponen ordenadamente en el espacio formando una RED IÓNICA O CRISTALINA, (distribución tridimensional de iones, tal como se encuentra en minerales no amorfos). La posibilidad de formación de un anión o un catión está directamente asociada a la estructura o configuración electrónica del átomo neutro. De acuerdo con ésta, los átomos que tienden a formar iones son aquellos que presentan su órbita, capa o nivel electrónico externo incompleto. Los átomos que tienen 1, 2 ó 3 electrones en su última órbita tienden a cederlos, quedando con una órbita externa de 8 electrones y formando iones positivos con tantas cargas positivas como electrones cedan. En general los elementos de los grupos I, II y IIIA (todos ellos elementos representativos - metales) forman cationes mono, bi y trivalentes respectivamente. En tanto, los átomos que en su última órbita poseen 5, 6 ó 7 electrones tienden a ganar electrones para completar esa órbita llegando a 8 electrones. Es así que se forman iones negativos con tantas cargas negativas como electrones reciban. En general, los elementos de los grupos V, VI y VIIA (elementos representativos de carácter no-metálico) forman aniones con carga -3, -2 y -1 respectivamente. ¿Cómo se puede saber cuándo se va a formar un compuesto iónico? El enlace iónico prevalece cuando la diferencia de electronegatividad (en compuestos de no más de 2 elementos distintos, es decir la electronegatividad del no-metal menos la electronegatividad del metal) es grande (próxima a 2 o mayor). Recordando lo visto previamente, los elementos de la Tabla Periódica tienen distintas electronegatividades, es decir diferentes tendencias a atraer electrones. Los elementos más electronegativos (no metales) captan electrones fácilmente y se encuentran ubicados en la parte superior derecha de la tabla. Los menos electronegativos (o más electropositivos, es decir los de mayor carácter metálico) tienden a cederlos y están ubicados en la parte inferior izquierda de la tabla. 8 BIOTECNOLOGIA Por ejemplo, la diferencia de electronegatividades entre los átomos que componen el compuesto NaCl es de 2,1 (3 para el Cl y 0,9 para el Na). Esta diferencia es grande y dice que el compuesto es iónico. E1 Na es un metal perteneciente al grupo I, por lo tanto tiende a perder un electrón para llegar a la configuración gas noble próximo (Ne). El proceso se representa: Na Na+ + 1 e- (el Na+ es isoelectrónico con el Ne) El electrón liberado es tomado por el átomo de Cl (perteneciente al grupo VII, por lo tanto tiende a ganar un electrón para llegar a la configuración del gas noble más próximo: Ar) El proceso se representa: Cl + 1 eCl- (el Cl- es isoelectrónico con el Ar) El siguiente ejemplo, para el CaF2, indica que la diferencia de electronegatividades es 4 0,7 = 3, (neto carácter iónico). Si se procede en forma similar a la anterior: Ca Ca+2 + 2 e- (por ser el Ca del grupo II) F+1e F(por ser el F del grupo VII) El átomo de Ca cede 2 electrones y se convierte en un ión divalente. Pero cada átomo de F acepta sólo un electrón para completar su última órbita, por lo tanto necesitamos 2 átomos de F, uno por cada electrón que cede el Ca. Los iones así formados se atraen y forman el compuesto cristalino fluoruro de calcio cuya fórmula es CaF2. Enlace Covalente: En el punto anterior se trató del tipo de enlace que se presenta cuando dos tipos muy distintos de átomos reaccionan para formar iones con cargas opuestas, pero ¿qué fuerza de enlace existe entre dos átomos idénticos? Ej. al acercarse dos átomos de O, para formar O2, los electrones son atraídos dé forma simultánea por los dos núcleos, no existe transferencia de electrones sino que se unen compartiendo dos electrones para completar el octeto (configuración de gas noble). Se forma un enlace covalente. Cuando dos o más átomos comparten electrones a través de un enlace de este tipo, la unidad eléctricamente neutra se llama molécula. La unión covalente es simple si cada átomo aporte un electrón, doble si cada átomo aporta dos electrones o triple si cada átomo aporta tres electrones, es decir la unión puede ser múltiple. Los enlaces covalentes prevalecen entre elementos no metálicos, para los cuales la diferencia de electronegatividades es nula o pequeña. En forma general, cuando dos elementos tienen una diferencia de electronegatividades igual a 0 se dice que la unión es covalente pura o no polar, mientras que si la diferencia de electronegatividades menor que 1,7 y distinta de cero, se dice que forman un compuesto covalente polar. En general, cuando no hay cesión de electrones pero el compuesto se encuentra constituido por dos tipos diferentes de átomos de electronegatividades no muy distintas, uno de ellos (el de mayor electronegatividad) atraerá más fuertemente a los electrones del enlace, por lo tanto los electrones se hallarán más próximos al elemento más electronegativo originando una distribución desigual de cargas. Ejemplos de compuestos covalentes: a) molécula de Hidrógeno H - H ( H2 ); la diferencia de electronegatividades es 2,1 - 2,1 = 0 (enlace covalente puro o covalente no polar). b) molécula de Cloruro de Hidrógeno H – Cl (HCl); la diferencia de electronegatividades es 3,0 2,1 = 0,9 (covalente polar) Diferencia electronegatividades de Tipo de enlace Cero Covalente puro Intermedio Covalente polar Grande Iónico Carácter Iónico Carácter covalente 9 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRACTICO N°3 1. Basándose en los valores de electronegatividad prediga cuál/es de los siguientes pares será iónico o covalente: a) H y O b) N y N c) Na y F d) H y S e) N y H 2. Dados los siguientes compuestos: a) CaCl2 b) F2 c) P2O5 d) HCl e) BH3 f) H2O I) Ordenarlos según diferencia de electronegatividad creciente en sus enlaces II) Indicar que tipo de enlaces podrían presentar 3. Para cada uno de los siguientes pares de uniones posibles, indique cual es el enlace más polar: a) S y O S y Cl b) N y O P y O 4. X, Y y Z son tres elementos con las siguientes características: X forma aniones X2 isoelectrónicos con el Ar (Z=18) Y pertenece al mismo grupo que el Br (Z=35) y al mismo período que el Si (Z=14) Z forma compuestos iónicos con el Na (Z=11) de estequiometría NaZ y pertenece al segundo período. a) ¿Cuál es el número atómico de X, Y y Z? b) ¿A qué grupo y período pertenecen X, Y y Z? 5. Escribir las fórmulas de Lewis y desarrolladas (si corresponde) de los siguientes compuestos: a) F2 b) O2 c) N2 d) CaO e) HBr f) NaI g) CO2 h) Cl2O i) NH3 j) Li2S 10 BIOTECNOLOGIA EJERCITACIÒN ADICIONAL 1. ¿En qué se diferencian los protones de los electrones? 2. La masa atómica del cloro es 35,5 uma. ¿Cuál es su masa atómica expresada en gramos? 3. ¿En qué se transforma un átomo de Fe cuando pierde 2 electrones? 4. Completar el siguiente párrafo: El número atómico del aluminio es 13 y su número másico es 27. El núcleo del ... de aluminio tiene ... protones y ... neutrones. En su corteza hay …………. 5. El número atómico del uranio es 92. ¿Cuántos protones y cuántos electrones hay en un átomo de uranio? 6. Calcular el número de electrones, de protones y de neutrones de los siguientes átomos: Litio Silicio Fósforo 7. La masa atómica del oro es 197. ¿Qué significa esta afirmación? 8. La masa atómica del neón es 20,2 uma. ¿Cuál es su masa atómica expresada en gramos? 9. Clasificar como metales, semimetales, no metales o gases nobles los siguientes elementos: litio (Li), carbono (C), flúor (F), neón (Ne), magnesio (Mg), silicio (Si), potasio (K), hierro (Fe) y germanio (Ge). 10. Calcular el número de protones, el número de electrones y el número de neutrones de los isótopos del carbono 12 Cy 14 C. 11. ¿Qué partículas atómicas aportan prácticamente la totalidad de la masa del átomo? 12. Definir los términos «masa atómica relativa» y «número másico». Si el número másico de un átomo es un número entero, ¿cómo explicas que la masa atómica relativa del elemento sea un número decimal? 13. Averiguar la masa atómica media del litio sabiendo que, en estado natural, este elemento contiene un 7,42 % de isótopo de masa atómica relativa 6 y un 92,58 % de isótopo de masa atómica relativa 7. 14. Completar el siguiente párrafo: Los gases nobles se caracterizan por su falta de reactividad, por su resistencia a formar ____________ Tienen ocho ____________ en su última capa electrónica, excepto el ____________que tiene dos. Un átomo es más estable cuando gana o pierde ____________ hasta adquirir una configuración electrónica igual a la de un ____________ Por ejemplo, el sodio (Na) tiene ocho ____________ en la segunda capa y ____________ en la tercera; si pierde este último electrón, se transforma en el ____________ Na + que es 11 BIOTECNOLOGIA más estable que el ____________ neutro de sodio porque tiene la misma configuración electrónica que el ____________ . 15. Un átomo tiene de número atómico 33 y de número másico 74 a) Deducir toda la información que puedas sobre el interior de ese átomo b) Indicar su posición en la Tabla Periódica c) Escribir el número atómico y el número másico de un isótopo de ese átomo. 16. Completar la siguiente tabla: Símbolo (Z) 11 As 53 Sr O (A) nº protones nº neutrones 12 205 31 73 127 88 nº electrones 90 15 9 85 46 Carga eléctrica 0 +3 0 +3 -1 +1 -2 -2 17. a) Escribir la configuración electrónica del bromo (Br) y, a partir de ella, indicar su posición en la tabla periódica. b) Escribir la configuración electrónica del elemento que se encuentra en el mismo grupo que el bromo pero en el anterior período. c) ¿Por qué son tan estables los iones: Ca+2 y Na+? d) Escribir la configuración electrónica del magnesio y, a partir de ella, indicar su posición en la tabla periódica. e) Indicar la configuración electrónica del elemento que se encuentra en el mismo grupo que el magnesio pero en el siguiente periodo. 12 BIOTECNOLOGIA FISICA INTRODUCCIÓN La Física es una ciencia fundamental que aborda los principios básicos del universo. Constituye los conocimientos sobre los cuales se levantan las otras ciencias naturales, como la astronomía, la química, la geología. La belleza de la Física radica en la simplicidad de sus teorías fundamentales y en la manera en que sólo unos cuántos conceptos, ecuaciones y suposiciones fundamentales pueden transformar y ampliar la visión del mundo que nos rodea. Los miles de fenómenos físicos (entendiéndose por fenómeno a un cambio) son sólo parte de una ó más de las siguientes ramas de la Física: 1) la mecánica clásica, que se relaciona con el movimiento de los objetos que se mueven a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. 2) La relatividad, que es la teoría que describe objetos que se mueven a cualquier velocidad, incluso aquellos cuyas velocidades se aproximan a la de la luz. 3) La termodinámica, que trata con el calor, la temperatura y el comportamiento estadístico de un gran número de partículas. 4) El electromagnetismo, que comprende la teoría de la electricidad, el magnetismo y los campos electromagnéticos. 5) La mecánica cuántica, una teoría que estudia el comportamiento de las partículas a nivel submicroscópico, así como en el mundo macroscópico. Muchos de los principios básicos empleados para comprender los sistemas mecánicos pueden emplearse después para describir fenómenos naturales como las ondas y la transferencia de calor, así como las leyes de la conservación de la energía y momento son muy importantes en la teoría fundamental de la Física cuántica. La física parte de las observaciones experimentales y mediciones cuantitativas, usa un limitado número de leyes que gobiernan los fenómenos naturales desarrollando teorías que pueden predecir los resultados de los futuros experimentos y del comportamiento de la naturaleza. Las leyes fundamentales empleadas en el desarrollo de las teorías se expresan en el lenguaje de la Matemática, herramienta que brinda un puente entre la teoría y el experimento. Cuando surge una discrepancia entre la teoría y el experimento, deben formularse nuevas teorías y experimentos para solucionar la misma. MEDICIÓN Medir es comparar una magnitud respecto de otra considerada homogénea. En el proceso de medición interviene: - LA MAGNITUD A MEDIR - EL INSTRUMENTO DE MEDICIÓN - LAS UNIDADES USADAS. - LA MEDIDA: ES EL RESULTADO DE LA MEDICIÓN MAGNITUD FÍSICA Magnitud física: es toda cantidad susceptible de ser medida. Por ejemplo: de una silla, podemos medir la cantidad masa, con una balanza, ó el peso con un dinamómetro, ó la longitud de la altura con una regla. Hay distintos tipos de clasificación de magnitudes: Magnitudes fundamentales y derivadas Una forma de clasificar depende de la forma de definirlas. Para unas cuantas magnitudes básicas es necesario describir la forma de medirlas; en cambio para otras magnitudes se describe la forma de calcularlas a partir de otras magnitudes medibles. 13 BIOTECNOLOGIA Es así como tenemos: Magnitudes fundamentales Se llaman fundamentales porque a partir de éstas se obtienen todas las demás: LONGITUD MASA TIEMPO TEMPERATURA INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA Magnitudes derivadas: Ejemplos: DENSIDAD VELOCIDAD ACELERACIÓN FUERZA Magnitudes escalares y vectoriales Otra forma de clasificar las magnitudes es la siguiente: Magnitudes escalares: Son las que quedan perfectamente definidas por un número y su correspondiente unidad. Por ej. MASA, TEMPERATURA, LONGITUD, PRESIÓN. Magnitudes vectoriales: Para definirlas correctamente es necesario indicar, punto de aplicación, sentido, dirección e intensidad. En éste caso se usa como herramienta para su representación: un vector, pues éste condensa los elementos que definen las magnitudes vectoriales. Por ej. VELOCIDAD, ACELERACIÓN, FUERZA. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Todos los instrumentos miden distinto tipo de magnitudes y cada una de ellos esta graduado con distintas escalas de medida, usando unidades correspondientes a cada magnitud. Así un termómetro, mide la magnitud temperatura y está graduado en grados Celsius o centígrados que son las unidades. UNIDADES DE MEDIDA Las unidades de las magnitudes fundamentales se denominan unidades fundamentales. Un conjunto de unidades fundamentales definen un sistema de unidades. Un sistema de unidades es el llamado Sistema Internacional (SI) que además es la base del Sistema Métrico Legal Argentino (SIMELA). Tres de las unidades fundamentales se dan a continuación. Magnitud Fundamental Unidad Fundamental en el SI Longitud ( d ) Metro ( m ) Masa ( m ) kilogramo ( kg ) Tiempo ( t ) segundo ( s ) 14 BIOTECNOLOGIA Unidades x 10 cm centímetro ÷ 10 Longitud mm milímetro dm decímetro m metro dam decámetro Masa mg cg dg miligramo centigramo decigramo g gramo dag hg Kg decagramo hectogramo Kilogramo x 100 Superficie cm2 mm2 dm2 cm3 mm3 Km Kilómetro ÷ 100 m2 x 1000 Volumen hm hectómetro dam2 hm2 Km2 hm3 Km3 ÷ 1000 dm3 m3 dam3 Con las unidades de las magnitudes fundamentales, se construyen las unidades de las restantes magnitudes: son las unidades derivadas. La velocidad, en cierto caso especial es, el cociente entre la longitud y el tiempo empleado en recorrerla: v = d/ t. La unidad correspondiente será la obtenida por el cociente entre la unidad de longitud y la de tiempo. En símbolos [ v ] = [ d ] / [ t ] = m / s Algunas Magnitudes Vectoriales y sus unidades en el Sistema Internacional Magnitud Derivada Velocidad (v) Aceleración (a) Unidad en el SI m/s m/s2 Aceleración de la gravedad (g) m/s2 Fuerza (F) Peso (P) Newton (N) N = Kg m/s2 Newton (N) N = Kg m/s2 Algunas Magnitudes Escalares y sus unidades en el Sistema Internacional Magnitud Derivada Unidad en el SI Area o Superficie (A;S) m2 Volumen (V) Densidad () m3 Kg / m3 Trabajo (L) Joule (J) J=N.m ANÁLISIS DIMENSIONAL El análisis dimensional es una herramienta muy útil a la hora de trabajar matemáticamente. La densidad de un gas por ejemplo depende de la masa y del volumen, en general las distintas magnitudes del conjunto que describen un fenómeno físico están relacionadas entre sí. El análisis dimensional es una técnica que permite establecer los aspectos más generales de ésa relación entre cualquiera de las magnitudes. 15 BIOTECNOLOGIA Esta técnica se basa en que las magnitudes físicas tienen asociadas ciertas unidades. Al relacionar magnitudes hay que comprobar que la relación sea dimensionalmente homogénea, es decir, no se puede comparar una masa con un tiempo, ó una presión con una temperatura. Entonces: EN UNA IGUALDAD AMBOS MIEMBROS DEBEN TENER LAS MISMAS UNIDADES Además, por ejemplo, no se puede restar la presión con la velocidad, ni restar la aceleración con una masa. SOLAMENTE SE PUEDEN SUMAR Ó RESTAR TÉRMINOS QUE SE EXPRESEN EN LAS MISMAS UNIDADES Mediante estas dos reglas y conociendo las unidades de las magnitudes físicas con las que tratamos, podemos detectar ciertos errores cuando escribimos una ecuación o cuando deducimos una ecuación manipulándola algebraicamente. En otras palabras, mediante el análisis dimensional podemos descubrir, en ciertos casos que la ecuación que escribimos es incorrecta. Consideremos el siguiente ejemplo: Un auto moviéndose con velocidad constante. Tenemos como dato la distancia (d) recorrida y la velocidad (v), y nos preguntan cuánto es el tiempo (t) que tardó el auto en hacer el viaje. Supongamos que tenemos la ecuación t = v / d, ¿es correcta? La primera regla nos dice que ambos miembros de la igualdad deben tener las mismas unidades. En la ecuación planteada el miembro de la izquierda es el tiempo (t) cuya unidad es el segundo, en símbolos [t] = s El miembro de la derecha es el cociente v/d, por lo tanto la unidad será igual al cociente de la unidad de velocidad y la de distancia. En símbolos [ v / d ] o sea: [ v / d ] = m/s = 1/s m Entonces resulta que la unidad del miembro de la izquierda (s) es diferente a la unidad del miembro de la derecha (1/s). Por lo tanto la ecuación es incorrecta. La ecuación correcta debería ser: t = d/v. 16 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRÁCTICO N°4 1) Ordenar en una tabla el siguiente listado, clasificando magnitudes, unidades e instrumentos de medición: Día - reloj - metro cuadrado – velocidad - termómetro - temperatura - km/h - cm – mes – presión - gramo - newton - balanza – aceleración - centímetro cúbico – área - cinta métrica litros - años luz – hectómetro 2) Pasar a la unidad solicitada: a) 20 km a m b) 0,3 m a km c) 30.000 cm3 a litros d) 3 h a s e) 3 s a h f) 14 m2 a cm2 g) 35,50 kg a cg h) 24,67 g a hg i) 72 m/s a km/h j) 72 km/s a m/s 3) Analizar dimensionalmente: ¿Cuáles de las siguientes ecuaciones son dimensionalmente correctas? a) d = 3 m/s2 . (2s)2 + 5 m b) t = 5 s + 3 m/s c) 20N/4Kg = 5 m/s2 d) 10N/4Kg = 2,5 (m/s)2 4) A partir del análisis dimensional, digan cuáles de las siguientes fórmulas no usarían para calcular la superficie de un círculo. a) 2 . . R b) . R2 c) 4/3 . R3 5) ¿Cuáles de las siguientes fórmulas son dimensionalmente correctas? d: distancia, t: tiempo, v: velocidad, a: aceleración, g: aceleración de la gravedad, m: masa, F: fuerza, P: peso, L: Trabajo. a) d = a . v b) a = v2/ d c) t =a/v d) d = v + 1/2 . a . t2 e) t = v/a + d/v f) F = 2 m . g g) F = 2 + m . g h) a = (F − g) / m i) a = (m . g − F)/m j) L = m . v2 k) L = ½ m . v2 17 BIOTECNOLOGIA 6) Determinar el volumen del Aula. 7) Una pieza sólida de madera tiene una masa de 23,94 g y un volumen de 25,6 cm3. De acuerdo con éstos datos: a) ¿podría tratarse de madera de pino? b) expresar el resultado en kg/ m3 Datos útiles: densidad = masa / volumen. La madera de pino tiene una densidad menor a 0,8 g/cm3. 18 BIOTECNOLOGIA BIOLOGIA NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA La materia se encuentra organizada en diferentes estructuras, desde las más pequeñas hasta las más grandes, desde las más complejas hasta las más simples. Esta organización determina niveles que facilitan la comprensión de nuestro objeto de estudio: la vida. Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores. Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y diferentes de las de sus células constitutivas. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida. La interacción entre los componentes de un nivel de organización determina sus propiedades. Así, desde el primer nivel de organización, el nivel subatómico hasta el nivel de la biosfera, se producen interacciones permanentes. Durante un largo espacio de tiempo estas interacciones dieron lugar al cambio evolutivo. En una escala de tiempo más corta, estas interacciones determinan la organización de la materia viva. Todas las organismos que habitan la Tierra constituyen la biosfera. La biosfera es la parte de la Tierra en la que existe vida; es sólo una delgada película de la superficie de nuestro planeta. La Tierra es el único planeta conocido en el que hay vida. La superficie de la Tierra se puede dividir en diferentes biomas. Los biomas son áreas geográficas que se diferencian por su vegetación característica. Uno de los biomas de la Tierra es la sabana. Los distintos componentes de cada bioma se encuentran en permanente interacción; analizándolo desde este punto de vista, constituyen un ecosistema. Los ecosistemas están formados por componentes bióticos y abióticos que interactúan entre sí. A través de esos componentes fluye la energía proveniente del Sol y circulan los materiales. Dentro de un ecosistema hay niveles tróficos. En la sabana se pueden encontrar diferentes tipos de ecosistemas. 19 BIOTECNOLOGIA Los ecosistemas están formados por comunidades. Las comunidades están constituidas por los componentes bióticos de un ecosistema. En términos ecológicos, las comunidades incluyen a todas las poblaciones que habitan un ambiente común y que interactúan entre sí. Estas interacciones son las fuerzas principales de la selección natural. En el ecosistema terrestre de la sabana, hay una comunidad constituida por jirafas, leones, acacias, gramíneas y descomponedores, entre otros. Las comunidades están formadas por poblaciones. Las poblaciones son grupos de organismos de la misma especie que se cruzan entre sí y que conviven en el espacio y en el tiempo. El conocimiento de la dinámica de poblaciones es esencial para los estudios de las diversas interacciones entre los grupos de organismos. Una de las poblaciones de esta comunidad del ecosistema terrestre de la sabana es la de las jirafas. Las poblaciones están formadas por individuos. Los individuos multicelulares pueden alcanzar el nivel de organización de tejidos, de órganos o de sistemas de órganos. En cada caso, están formados por grupos de estructuras que trabajan en forma coordinada. Entre los muchos individuos que componen esta población de jirafas, podemos distinguir una jirafa en particular. Los individuos multicelulares están formados por sistemas de órganos. Los sistemas de órganos trabajan en forma integrada y desempeñan una función particular. Los sistemas de órganos, en conjunto, forman el organismo completo, que interactúa con el ambiente externo. Sin embargo, no todos los organismos multicelulares alcanzan el nivel de organización de sistemas de órganos o de órganos. Uno de los sistemas de órganos presentes en esta jirafa particular, es el sistema circulatorio. Los sistemas de órganos están constituidos por órganos particulares. Los órganos tienen una estructura tal que les permite realizar diversas funciones en forma integrada. Estas funciones 20 BIOTECNOLOGIA contribuyen al funcionamiento del sistema y del organismo completo. Uno de los órganos del sistema circulatorio de esta jirafa es el corazón. Los órganos están formados por distintos tipos de tejidos. Los tejidos se encuentran unidos estructuralmente y funcionan de manera coordinada. Algunos organismos sólo alcanzan el nivel de organización de tejidos. Un tejido que forma parte de este corazón es el tejido muscular, de un tipo especial, llamado cardíaco. Los tejidos están formados por células. La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. Muchos organismos son unicelulares. Las propiedades características de los sistemas vivos no emergen gradualmente a medida que aumenta el grado de organización. Aparecen súbita y específicamente en forma de una célula viva, algo que es más que sus átomos y moléculas constituyentes y que es diferente de ellos. Nadie sabe con exactitud cuándo o cómo comenzó su existencia este nuevo nivel de organización: la célula viva. Sin embargo, cada vez son más las evidencias en favor de la hipótesis que postula que las células vivas se autoensamblaron espontáneamente a partir de moléculas más simples. El músculo cardíaco está compuesto por millones de células similares a la de la figura. Las células contienen numerosos complejos macromoleculares. Las macromoléculas constituyen estructuras complejas tales como las membranas y las organelas. Algunas estructuras están presentes tanto en procariotas como en eucariotas, pero difieren en ambos tipos de organismos. Una complejo de macromoléculas que se encuentra en todas las células es la membrana plasmática. Las estructuras complejas macromoleculares están formadas por distintas macromoléculas. Las macromoléculas cumplen funciones esenciales en la célula. Algunas son componentes estructurales, otras cumplen funciones reguladoras y otras actúan como directoras de toda la actividad celular. Un tipo de macromolécula que se encuentra en todas las membranas plasmáticas es la glucoproteína. 21 BIOTECNOLOGIA Las macromoléculas pueden estar constituidas por moléculas semejantes o diferentes. Las moléculas son los componentes fundamentales de las células. Existen moléculas orgánicas e inorgánicas. En los seres vivos se encuentran una gran variedad de moléculas de estructura y función diversas. Una molécula que compone a todas las glucoproteínas es el aminoácido. Las moléculas están constituidas por átomos. Los átomos son las partículas más pequeñas de un elemento –una sustancia que no puede ser desintegrada en otra sustancia por medios químicos ordinarios–. Los átomos están constituidos por partículas subatómicas. La búsqueda de partículas subatómicas es objeto de investigación permanente, lo que lleva a realizar otros nuevos descubrimientos que originan nuevas hipótesis, en un sinfín de preguntas y respuestas. Todos los aminoácidos están formados, por lo menos, por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. LA CÉLULA La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que: a. todos los organismos vivos están formados por una o más células; b. las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células; c. las células se originan de otras células, y d. las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija. Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Las células procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la única forma de vida sobre la Tierra durante casi 2.000 millones de años; después, hace aproximadamente 1.500 millones de años, aparecieron las células eucarióticas. Se ha postulado la llamada "teoría endosimbiótica" para explicar el origen de algunas organelas eucarióticas. Por ser de un tamaño muy pequeño, las células y las estructuras subcelulares necesitan de microscopios para poder ser observadas por el ojo humano, de limitado poder de resolución. Los 22 BIOTECNOLOGIA tres tipos principales son el microscopio óptico, el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido. Se han desarrollado además otras técnicas microscópicas. PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Todas las células comparten dos características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie. Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas. En las células procarióticas, el material genético se encuentra en forma de una molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente asociadas diversas proteínas. En las células eucarióticas, por el contrario, el DNA es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales. Dentro de la célula eucariótica, el material genético está rodeado por una doble membrana, la envoltura nuclear, que lo separa de los otros contenidos celulares en un núcleo bien definido. En las procariotas, el material genético no está contenido dentro de un núcleo rodeado por una membrana, aunque está ubicado en una región definida llamada nucleoide. En el citoplasma se encuentra una gran variedad de moléculas y complejos moleculares. Por ejemplo, tanto los procariotas como los eucariotas contienen complejos proteicos y de RNA llamados ribosomas que desempeñan una función clave en la unión de los aminoácidos individuales durante la síntesis de proteínas. Las moléculas y complejos moleculares están especializados en determinadas funciones celulares. En las células eucarióticas, estas funciones se llevan a cabo en una gran variedad de estructuras rodeadas por membranas -llamadas organelasque constituyen distintos compartimientos internos dentro del citoplasma. Entre las organelas se destacan las mitocondrias, centrales energéticas de las células y, en las células vegetales, los cloroplastos, donde acontece la CLOROPLASTO MITOCONDRIA fotosíntesis. La membrana celular de los procariotas está rodeada por una pared celular externa que es elaborada por la propia célula. Ciertas células eucarióticas, incluyendo las de las plantas y hongos, tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la de las paredes celulares procarióticas. Otras células eucarióticas, incluyendo las de nuestro cuerpo y las de otros animales, no tienen paredes celulares. Otro rasgo que distingue a los eucariotas de las procariotas es el tamaño: las células eucarióticas habitualmente son de mayor tamaño que las procarióticas. En las células eucarióticas, ciertas proteínas se organizan formando intrincadas estructuras que dan lugar a una especie de esqueleto interno, el citoesqueleto, que aporta sostén estructural y posibilita el movimiento celular. 23 BIOTECNOLOGIA ESTRUCTURAS CELULARES Estructura Descripción Función Gran estructura rodeada por una doble Control de la célula Núcleo celular Núcleo membrana; contiene al nucleolo y los cromosomas Nucleolo Cromosomas Zona de diferentes características de Lugar de síntesis ribosómica; ensamble de tinción, carece de membrana limitante. subunidades ribosómicas Compuestos de un complejo de ADN y Contiene genes (unidades de información proteínas, llamado cromatina; se observan hereditaria que gobiernan la estructura y la en forma de estructuras en cilindro actividad celular) durante la división celular Sistema de membranas de la célula Membrana celular Membrana limitante de la célula viva (membrana plasmática) Contiene al citoplasma; regula el paso de materiales hacia dentro y fuera de la célula; ayuda a mantener la forma celular; comunica a la célula con otras Retículo Red de membranas internas que se Sitio de síntesis de lípidos y de proteínas de endoplásmico (RE) extienden a través del citoplasma membrana; origen de vesículas intracelulares Liso Carece de ribosomas en su superficie Biosíntesis de lípidos; desintoxicación de externa medicamentos Los ribosomas tapizan su superficie Fabricación de muchas proteínas destinadas a externa secreción o incorporación en membranas gránulos compuestos de RNA y proteínas; Síntesis de polipéptidos Rugoso Ribosomas de transporte, que acarrean proteínas en proceso de secreción. algunos unidos al RE, otros libres en el citoplasma Aparato de Golgi Lisosomas Compuesto de saculaciones membranosas Modifica, empaca (para secreción) y distribuye planas proteínas a vacuolas y a otros organelos Sacos membranosos (en animales) Contiene enzimas que degradan material ingerido y desperdicios celulares Vacuolas Peroxisoma Sacos membranosos (sobre todo en Transporta y almacena material ingerido, plantas, hongos y algas) desperdicios y agua Sacos membranosos que contienen una Sitio de muchas reacciones metabólicas del gran diversidad de enzimas organismo Organelas transductores de energía Mitocondria Sacos que constan de dos membranas: la Lugar de la mayor parte de las reacciones de la membrana interna está plegada en crestas respiración celular; transformación en ATP de la energía proveniente de glucosa o lípidos Cloroplasto Sistemas de tres membranas; contienen La clorofila captura energía luminosa; se clorofila en las membranas tilacoideas producen ATP y otros compuestos energéticos 24 BIOTECNOLOGIA internas que después se utilizan en la conversión de CO2 en glucosa Citoesqueleto Microtúbulos Tubos huecos formados por subunidades Proporcionan soporte estructural; intervienen de tubulina en el movimiento y división celulares; forman parte de los cilios, flagelos y centríolos Microfilamentos Estructuras sólidas, cilíndricas, formados Proporcionan soporte estructural; participan en por actina el movimiento de las células y organelos, así como en la división celular Centríolos Par de cilindros huecos cerca del centro de Durante la división celular en animales se forma la célula; cada centríolo consta de nueve un huso mitótico entre ambos centríolos; en grupos de tres microtúbulos (estructura 9 animales puede iniciar y organizar la formación x 3) de microtúbulos; no existen en las plantas superiores Cilios Proyecciones más o menos cortas que se Locomoción de algunos organismos extienden de la superficie celular, unicelulares; desplazamiento de materiales en cubiertos por la membrana plasmática; la superficie celular de algunos tejidos compuestos de dos microtúbulos centrales y nueve pares periféricos (estructura 9 + 2) Flagelos Proyecciones largas formadas por dos Locomoción de las células espermáticas y de microtúbulos centrales y nueve periféricos algunos organismos unicelulares (estructura 9 + 2); se extienden desde la superficie celular; recubiertos por membrana plasmática 25 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRÁCTICO N°5 Responder las siguientes preguntas: 1) a) ¿Qué niveles de organización pueden presentar los seres vivos? b) Indicar en qué nivel de organización se ubican los componentes del organismo humano que se nombran a continuación y luego ordenarlos de menor complejidad a mayor complejidad: corazón, glóbulos rojos, tejido conectivo, lípidos, neuronas, ADN, ARN, estómago, cerebro, proteínas, piel, espermatozoide, pulmones, carbono, protón, mitocondria, glucosa, sistema digestivo, hidrógeno, núcleo celular (tener en cuenta que en un mismo nivel se puede incluir más de un componente). 2) Si pensamos en una célula como el espermatozoide, a) ¿Qué estructuras permiten su desplazamiento? b) ¿Qué organelas poseerán en gran cantidad? 3) ¿Que estructuras se esperaría encontrar más desarrolladas en las células de hojas verdes? 4) ¿Todas las células que conforman un organismo contienen la misma información? 5) Completar los siguientes esquemas: 26 BIOTECNOLOGIA TRABAJO PRÁCTICO N° 6 1. En el hombre el color pardo de los ojos "A" domina sobre el color azul "a". Una pareja en la que el hombre tiene los ojos pardos y la mujer ojos azules tienen dos hijos, uno de ellos de ojos pardos y otro de ojos azules. Averiguar: a. El genotipo del padre. b. La probabilidad de que el tercer hijo sea de ojos azules. 2. El albinismo (a) es un carácter recesivo con respecto a la pigmentación normal (A). ¿Cuál sería la descendencia de un hombre albino en los siguientes casos? a. Si se casa con una mujer sin ningún antecedente familiar de albinismo. b. Si se casa con una mujer normal cuya madre era albina. 3. En el guisante, los caracteres tallo largo (L) y flor roja (R) dominan sobre tallo enano (l) y flor blanca (r). ¿Cuál será la proporción de plantas doble homocigóticas que cabe esperar en la F2 obtenida a partir de un cruzamiento entre dos líneas puras, una de tallo largo y flor blanca con otra de tallo enano y flor roja? Indicar el genotipo de todas las plantas homocigóticas que pueden aparecer en la F2. Razonar la respuesta. 4. Se cruza un ratón de pelo largo y de color gris con otro también de pelo largo pero de color blanco, ¿existe alguna posibilidad de que nazcan ratones con el pelo corto y de color gris? ¿Y con el pelo corto y de color blanco? Si es así, ¿cuándo? (Pelo largo: L, pelo corto: l; y pelo gris, B, sobre pelo blanco b). 5. Se sabe que la hemofilia está provocada por un gen recesivo ligado al sexo. Una mujer que tiene un hermano hemofílico, y cuyo marido es normal, acude a una consulta de genética. a. ¿Qué porcentaje de sus hijos varones heredará la enfermedad? b. Si el marido de la mujer es hemofílico, ¿cambiarán los porcentajes para sus hijos? 6. El sistema de grupos sanguíneos AB0, está determinado por tres alelos A, B, 0. Indicar las proporciones fenotípicas que se espera en la descendencia de los cruzamientos siguientes: a. AA x AB b. AA x B0 c. AA x A0 d. A0 x A0 e. A0 x AB 7. Si un hombre de grupo sanguíneo AB se casa con una mujer de grupo A, cuyo padre era de grupo 0. ¿Qué grupos sanguíneos se puede esperar entre sus hijos y con qué frecuencia? 8. Un hombre de grupo sanguíneo A y una mujer de grupo sanguíneo B tienen cuatro hijos, de los cuales, uno pertenece al grupo AB, otro al 0, otro al B, y otro al A. Señalar razonadamente el genotipo de los padres. 27 BIOTECNOLOGIA TABLA DE ELECTRONEGATIVIDAD 28