Unidad I: Enlace Químico e Interacciones Intermoleculares Chemistry 140 Fall 2002 Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado” Decanato de Ciencias de la Salud Departamento de Ciencias Funcionales Sección Bioquímica Unidad I: Enlace Químico e Interacciones Intermoleculares Parte III Dr. Víctor J. Sánchez

Objetivos Específicos y Contenido Chemistry 140 Fall 2002 Objetivos Específicos y Contenido Explicar los aspectos básicos de la estructura de los principales átomos que forman moléculas biológicas. Aspectos Básicos de la Estructura Atómica Ordenamiento de los electrones en los átomos de C,H,O,N,P,S,Cl, Na,K,Ca Explicar las propiedades periódicas que rigen la formación de los enlaces químicos Potencial de ionización y afinidad electrónica Electronegatividad y polaridad 3. Definir y diferenciar los distintos tipos de enlaces químicos dada una serie de moléculas. Fuerzas Intramoleculares (Enlace químico) Definición Tipos de Enlaces       Enlace Iónico        Enlace Covalente (Polar, No polar y Coordinado)   Definir los distintos tipos de fuerzas intermoleculares que ocurren entre los distintos tipos de moléculas. Identificar los distintos tipos de fuerzas intermoleculares existentes entre estas moléculas. Fuerzas intemoleculares .Definición Tipos de Fuerzas Intermoleculares   Moléculas Polares (Fuerzas iónicas,Dipolo-dipolo,Puentes de hidrógenos ,Ión dipolo) Moléculas no polares (fuerzas de dispersión: Ión-Dipolo inducido,Dipolo-dipolo Inducido).   Interacciones hidrofóbicas e hidrofílicas

Hibridación de los orbitales atómicos para formar enlaces covalentes Orbitales híbridos Son orbitales atómicos que se obtienen cuando dos o más orbitales no equivalentes del mismo átomo se combinan preparándose para la formación del enlace covalente Tipos de hibridaciones hibridación sp3 hibridación sp2 hibridación sp

(distribución tetraédrica) Hibridación sp3 CH4 Promoción hibridación C 1s2 2s2p2 1 orbital s 3 orbitales p 4 orbitales sp3 (distribución tetraédrica) NH3 H2O

(distribución triangular plana) Hibridación sp2 BF3 Promoción hibridación B 1s2 2s2p1 1 orbital s 2 orbitales p 3 orbitales sp2 (distribución triangular plana)

Hibridación de orbitales Hibridación sp BeF2 F 1s2 2s2p5 Be 1s2 2s2 promoción Hibridación de orbitales

Hibridación sp 1 orbital s 1 orbital p 2 orbitales sp (distribución lineal) Be Orbitales sp híbridos Orbitales p

Hibridación en moléculas que contienen dobles y triples enlaces Etileno CH2=CH2 Promoción hibridación

Etileno, C2H4

Importancia de los iones Muchos iones constituyen un porcentaje ínfimo del peso vivo, pero desempeñan papeles centrales. El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayoría de los organismos, y en su presencia puede ocurrir la mayoría de los procesos biológicos esenciales. Cl– (anión) K+ (catión)

Impulso Nervioso Na+ Impulso nervioso K+ Los iones calcio (Ca2+), potasio (K+) y sodio (Na+) están implicados todos en la producción y propagación del impulso nervioso. Na+ Impulso nervioso K+

Bomba de sodio/potasio Esta variación entre el exterior y el interior se alcanza por el funcionamiento de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+)

Gasto de ATP La bomba de Na+/K+ gasta ATP. Expulsa tres iones de sodio que se encontraban en el interior de la neurona e introduce dos iones de potasio que se encontraban en el exterior. Los iones sodio no pueden volver a entrar en la neurona, debido a que la membrana es impermeable al sodio.

Función del calcio Además, el Ca2+ es necesario para la contracción de los músculos y para el mantenimiento de un latido cardíaco normal.

Molécula de clorofila El ion magnesio (Mg+2) forma parte de la molécula de clorofila, la cual atrapa la energía radiante del Sol en algunas algas y en las plantas verdes.

Fuerzas intermoleculares Las fuerzas intermoleculares son fuerzas electromagnéticas las cuales actúan entre moléculas o entre regiones ampliamente distantes de una macromolécula.

Clasificación Fuerzas Intermoleculares Fuerzas electromagnéticas Dipolo- dipolo Dispersión P.hidrógeno

Dipolo-Dipolo Son las fuerzas que ocurren entre dos moléculas con dipolos permanentes. Estas funcionan de forma similar a las interacciones iónicas, pero son más débiles debido a que poseen solamente cargas parciales. Un ejemplo de esto puede ser visto en el ácido clorhídrico: (+)(-) (+)(-) H-Cl----H-Cl (-)(+) (-)(+) Cl-H----Cl-H

Fuerzas de Dispersión o London Son pequeñas y transitorias fuerzas de atracción entre moléculas no polares. Son más intensas en las moléculas no polares más grandes que en las pequeñas. Son de mayor magnitud en el Br2, que en el I2, que en el F2.

Puente de hidrógeno Es un tipo de atracción dipolar particularmente fuerte, en el cual un átomo de hidrógeno hace de puente entre dos átomos electronegativos, sujetando a uno con un enlace covalente y al otro con fuerzas puramente electrostáticas.

Estructura de la molécula de agua H O * Dos átomos de H unidos covalentemente a uno de O (átomo central) El O es más electronegativo que el H. Los electrones constituyentes de la unión covalente están desigualmente compartidos La molécula de agua tiene polaridad Presenta una geometría electrónica tetraédrica y una geometría molecular angular

Interacción Puente de Hidrógeno entre moléculas de agua Los puentes de hidrógeno aportan al agua una gran cohesión interna y permiten formar una estructura de geometría tetraédrica

Comportamiento de moléculas en agua Según el tipo de interacción del agua con las distintas moléculas podemos clasificar a los compuestos en: Hidrofílicos: Se disuelven en agua. Hidrofóbicos: No se disuelven en agua. Este término NO indica una repulsión entre el agua y las moléculas, sino que el tipo de interacción es distinta. El agua en su interacción con otras moléculas busca alcanzar el estado energéticamente más estable

Compuestos hidrofílicos Las interacciones del tipo agua-agua y soluto-soluto pueden ser reemplazadas por interacciones del tipo agua-soluto. Ej : azúcares, ciertos aminoácidos, sales, moléculas polares.

Compuestos hidrofóbicos Las interacciones soluto-soluto y agua-agua son más estables que las interacciones agua-soluto. Las interacciones soluto-agua son energéticamente desfavorables. Interacción agua-agua Interacción agua-soluto Energéticamente favorable Energéticamente desfavorable Ej : alcanos, benceno, nafta, moléculas apolares.

Compuestos anfipáticos No todas las moléculas son hidrofóbicas o hidrofílicas. Algunas moléculas pueden presentar un comporamiento dual. Éstas reciben el nombre de moléculas anfipáticas. Región hidrofílica Región hidrofóbica Ej : ciertos aminoácidos, acidos grasos, fosfolípidos, detergentes.

Compuestos anfipáticos Ácidos Grasos

Compuestos anfipáticos Fosfolípidos molécula de glicerol CH2 CH OH

Arreglos de moléculas anfipáticas en agua ácidos grasos micela

Arreglos de moléculas anfipáticas en agua bicapa lipídica fosfolípidos liposoma

“DARIA TODO LO QUE SE, POR LA MITAD DE LO QUE IGNORO” René Descartes