BIOLOGÍA

GENÉTICA Y QUÍMICA

TABLA DE CONTENIDO

Química

Tabla Periódica

Propiedades Periódicas

Enlaces

Clases de Enlaces

Formación de Compuestos

Balanceo de Ecuaciones

Genética

Ácidos Nucleicos

Teorías de la Genética

Leyes de Mendel

Enfermedades Hereditarias

Ingeniería Genética

QUÍMICA

Introducción

Química es la ciencia que estudia las propiedades de la materia, su estructura, las transformaciones que experimenta y los fenómenos energéticos que pueden producirse en esos cambios.

Conocemos muchas formas de materia; el papel, la sal, el azúcar, las drogas, la madera, que se diferencian unas de otras debido a su estructura y composición. A la química le interesan los materiales que constituyen las cosas: la madera en ves de los árboles, el níquel y no la moneda, el oro y no el anillo, el hierro y no las rejas; es decir, que desde el punto de vista de la química no se ve la forma del objeto si no la composición de materiales en ese objeto. Relacionado a esto, se encuentra la tabla periódica en la cual se organizan los elementos químicos.

TABLA PERIODICA

La materia se organiza en La tabla periódica o Sistema Periódico, la cual es una tabla donde se hallan representados mediante una letra mayúscula los 109 elementos conocidos formando 18 grupos y siete periodos.

La tabla periódica la construyó Dmitri Ivanovich Mendeléiev, quien fue un químico ruso, nació en Tobolsk, actual Rusia en 1834 y finalmente muere en San Petersburgo, 1907; en el año 1871 mientras ejercía la profesión de maestro en el Instituto Tecnológico de San Petersburgo creó la tabla periódica con los 65 elementos conocidos.
Pero en el primer sistema periódico tuvo algunos errores ya que Mendeléiev organizó los elementos por el peso atómico, pero afortunadamente en 1913 Henry Moseley demostró que las propiedades de los elementos dependían de sus números atómicos y propuso ordenarlos de menor a mayor.

La clasificación más fundamental de los elementos se divide en metales y no metales.
Metales: Son brillantes, conducen la electricidad y el calor; retienen muy poco los electrones y por eso en el momento de algún enlace tienden a cederlos, si se unen con el oxigeno forman óxidos básicos y si se unen con algún halógeno forman halogenuros.
No Metales: Carecen de brillo y por lo general no conducen la electricidad, por eso se consideran aislantes, se pueden encontrar en los tres estados; por lo general tienden a atraer los electrones.

Periodos:

Se ubican horizontalmente y existen 7 en l ha encontrado su luz, su hermosa luz a tabla periódica, el número de elementos de cada periodo no es fijo. Así, el primer periodo consta de dos elementos (hidrógeno y helio), en el segundo y el tercer periodo tiene cada uno ocho elementos, el cuarto y el quinto dieciocho, el sexto treinta y dos, y el séptimo, aunque debería tener treinta y dos elementos aún no se han fabricado todos, desconociéndose 3 de ellos y de otros muchos no se conocen sus propiedades.

PERIODO 1 (2 elementos) PERIODO 2 (8 elementos) PERIODO 3 (8 elementos)

PERIODO 4 (18 elementos) PERIODO 6 (32 elementos) PERIODO 7 (23 elementos) GRUPOS

Grupos:

Se ubican verticalmente y existen 18, los cuales están nombrados por un número romano y también se dividen en dos subgrupos (A y B). El numero romano indica la cantidad de electrones en la ultima orbita y las letras especifican si son elementos representativos, de transición y de transición interna.

Los elementos representativos se diferencian por tener sus electrones de valencia en los orbitales s, o, p y sus configuraciones externas van desde ns¹ hasta ns². Estos elementos se organizan en 8 diferentes grupos (metales alcalinos, metales alcalinotérreos, elementos térreos, familia del carbono, familia del carbono, familia del nitrógeno, familia del oxígeno, familia de los halógenos y por ultimo los gases nobles o inertes).

Metales alcalinos:

Grupo de elementos químicos situados en la primera columna de la tabla periódica, y compuesto por el litio, el sodio, el potasio, el rubidio, el cesio y el francio. Todos ellos pueden ser clasificados como metales. Dada la extrema facilidad con la que se oxidan en presencia del oxígeno no se encuentran en la naturaleza en estado puro. Con excepción del litio, que es bastante duro, todos son blandos, muy corrosivos y plateados. Además tienen puntos de fusión y ebullición bajos (el cesio, por ejemplo, funde a la temperatura corporal) y son buenos conductores térmicos y eléctricos.

Metales alcalinotérreos:

Se conocen con el nombre de metales alcalinotérreos a los seis elementos que conforman el grupo IIA del sistema periódico, ellos son: berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio. Se les llama alcalinotérreos a causa del aspecto terreo de sus óxidos. Como el nombre indica, manifiestan propiedades intermedias entre los metales alcalinos y los térreos; el magnesio y, sobre todo, el berilio son los que mas se asemejan a estos. No existen en estado natural, por ser demasiado activos y, generalmente, se presentan formando silicatos, carbonatos, cloruros y sulfatos. Los metales son difíciles de obtener, por lo que su empleo es muy restringido. Son demasiado duros, presentan mayor densidad y puntos de fusión y ebullición altos.

Elementos térreos:

La configuraron externa los hace muy similares, pero en todos los casos se presentan algunas diferencias muy marcadas.

Familia del Carbono:

El carácter metálico de los elementos del grupo IIIA aumenta de arriba hacia abajo, aquellos elementos son el carbono , el silicio, el germanio, el estaño, y el plomo.

Familia del nitrógeno:

Consta de 5 elementos (Nitrogeno, Fósforo, Arsénico, Antimonio y Bismuto) Los elementos de la familia del nitrógeno exhiben tres estados de oxidaciones principales, -3, +3 y +5 en sus compuestos, aunque también se presentan otros estados de oxidación. Todos los elementos de la familia del nitrógeno forman hidruros, así como óxidos +3, óxidos +5, haluros +3 (MX3) y, excepto para el nitrógeno y el bismuto, halogenuros +5 (MX5). E1 nitrógeno es el elemento más electronegativo de la familia. Así, además de los estados de oxidación típicos de la familia (-3,+3 y +5), el nitrógeno forma compuestos con otros estados de oxidación.

Familia del oxigeno:

Todos los elementos del grupo VIA son diferentes al oxigeno en cuanto a sus propiedades químicas.

Familia de los Halógenos:

Estos elementos fácilmente pueden tener una reacción con los metales y forman sales.

Gases Nobles o Inertes:

Por la cantidad de electrones en su última orbita es muy difícil que lleguen a formar compuesto alguno, por eso tienen baja reactividad química.

PROPIEDADES PERIÓDICAS

Radio Atómico:

Corresponde a la mitad de la distancia de los dos átomos. En cada elemento el radio atómico aumenta de derecha a izquierda y de arriba abajo.

Radio Iónico:

Cuando un átomo ión (catión si es positivo y anión si es negativo), en la tabla periódica el radio iónico aumenta de arriba hacia abajo.

Potencial de Ionización:

El potencial de ionización es la energía que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón más débil retenido.

Afinidad Electrónica:

Se le define afinidad electrónica a la energía liberada cuando un átomo en estado gaseoso y en su estado fundamental, captura un electrón y se convierte en anión o ión negativo.

Electronegatividad:

Es la tendencia o capacidad de un átomo, en una molécula, para atraer hacia sí electrones. La electronegatividad depende de su estado de oxidación y por lo tanto, no es una propiedad atómica invariable. Esto significa que un mismo elemento puede presentar distintas electronegatividades dependiendo de la molécula en la que se encuentre.

Volumen Atómico:

Se llama volumen atómico de un elemento al cociente entre la masa atómica y la densidad. A lo largo de un periodo el volumen disminuye hacia la derecha, pues los electrones más externos se sitúan en el mismo nivel y la atracción nuclear aumenta al aumentar la carga positiva del núcleo. Al descender en un grupo aumenta el volumen, pues los electrones más externos se sitúan en niveles mas alejados del núcleo.

ENLACES

Los átomos se enlazan entre sí formando una gran diversidad de sustancias. Dichas sustancias poseen diferentes propiedades, que dependen, en parte, de las diferentes maneras en que se enlazan los átomos. Los enlaces permiten agrupar las sustancias en tres grandes grupos: covalentes, iónicas y metálicas. Además de los enlaces químicos entre átomos también existen fuerzas intermoleculares, que como su nombre lo indica, mantienen unidas las moléculas.

Energía del enlace:

La energía de enlace es la energía que se desprendería por la formación de un enlace químico, a partir de sus fragmentos constituyentes. Los enlaces más fuertes, o más estables, tienen una energía de enlace grande. Los enlaces covalentes, metálicos o iónicos son típicamente muy fuertes, frente a los de puente de hidrógeno o van der Waals, típicamente más débiles.

La Teoría del Octeto:

A principios del siglo xx, se consideraba que los gases nobles se diferenciaban del resto por que no formaban compuestos (a excepción del helio). Luego se relaciono la baja reactividad de dichos gases con la estructura electrónica de sus átomos llegando a la conclusión de que debido a su estructura estable los átomos de los gases nobles no se unen a otros átomos ya que en su estructura molecular ya tienen 8 electrones (o 2) en la última orbita. Sobre estas ideas se propuso la " teoría del Octeto" en la que se establece que en los enlaces químicos entre los átomos intervienen los electrones de la capa externa.

CLASES DE ENLACES

Enlace iónico:

Entre los enlaces químicos que no forman moléculas se encuentra el enlace iónico y el metálico, en caso del enlace iónico, el anión o catión la pérdida o la ganancia de electrones conducen a una estructura electrónica de acuerdo con la Teoría del Octeto. Los átomos con energía positiva de ionización forman cationes y los de energía negativa de ionización forman aniones.

Enlace Covalente:

Las moléculas son conjuntos de átomos que se encuentran unidos a través de enlaces químicos denominados covalentes. El enlace covalente es aquel en que dos átomos comparten pares de electrones. Existen varios tipos de enlaces covalentes:

Enlace covalente simple:

Un par de electrones compartidos esta formado por un electrón proveniente de cada uno de los átomos que intervienen.

Enlace covalente doble:

Dos pares de electrones compartido esta formado por dos proveniente de cada uno de los dos átomos que intervienen.

Enlace covalente simple:

Se forma al compartir tres pares de electrones de dos átomos.

El enlace covalente apolar:

Se da en dos átomos iguales y como los dos tienen la misma electronegatividad, los electrones se mantienen a la misma distancia entre los átomos.

El enlace covalente polar:

Los electrones no son atraídos de la misma manera por los núcleos y se dirige hacia el núcleo del átomo más electronegativo. La diferencia de atracción de los núcleos genera un dipolo permanente en la molécula. Por otra parte, los átomos pueden compartir uno o más pares de electrones y dar lugar a uniones covalentes simples, dobles o triples.

Enlace covalente coordinado: 

Es la unión que ocurre entre dos átomos de dos elementos, en la que el par electrónico compartido es aportado por uno de los dos átomos.

Enlace Metálico:

Los metales forman una red cristalina cuyos "nudos" están constituidos por los cationes. Los electrones de enlace, se desplazan entre los cationes en distintas direcciones. De ellos resulta una estructura de iones positivos que parecen estar inmersos en una "nube de electrones".

Enlaces Intermoleculares:

Fuerzas que mantienen unidas a las moléculas para que no se logren separar.

Atracción dipolo-dipolo:

Cuando dos moléculas polares se aproximan, se produce una atracción entre el polo positivo y negativo de estas.

Atracción ión-dipolo: 

En ciertas ocasiones, una molécula polar (dipolo), al estar próxima a otra no polar interactúan entre si.

Fuerzas de Van der Waals:

Son las interacciones que se generan debido al movimiento de los electrones en las moléculas apolares, cuando se suelen producir momentáneos desequilibrios.

Puente de Hidrogeno:

En algunas moléculas que contienen hidrogeno, se observa una forma de unión entre sus moléculas denominada unión puente de hidrogeno ya que, el hidrogeno siempre va a tender a ser positivo y elementos como el oxigeno, fluor o el nitrógeno tienden a ser negativos por eso, las moléculas se unen por medio del ión positivo a un hidrogeno negativo de otra molécula.

FORMACIÓN DE COMPUESTOS

Fórmula Empírica:

Es la fórmula más sencilla del compuesto, sirve para indicar la clase de átomos que contiene y su proporción.

Fórmula Molecular:

Es la fórmula en la que se indica la cantidad de átomos que conforman el compuesto.

Fórmula electrónica o de Lewis:

Permite observar los el numero de electrones que tiene el compuesto y los que se están compartiendo.

Fórmula estructural:

Permite ver si el enlace es simple, doble o triple.

Oxidación:

Un elemento cuando se une con otro tiende a ceder o a ganar, cuando se oxida es cuando cede o pierde electrones.

Reducción:

Se considera lo contrario a la oxidación ya que, en el momento del enlace gana electrones.

Números de Oxidación:

Es la carga que posee un átomo de un elemento al formar un compuesto, en caso de que sea positivo el número, tiende a perder electrones y si es negativo va a recibir electrones.

BALANCEO DE ECUACIONES:

Por Oxido-Reducción, consiste especialmente en determinar el número de electrones tomados o liberados por cada una de las moléculas participantes y asignar luego los coeficientes para que se cumpla la igualdad entre el total de electrones cedidos y el total de electrones ganados.

Balancear:
Fe2 O3 + CO -> Fe + CO2

Fe2 O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2

GENETICA

La Genética es la ciencia que estudia la herencia y todo lo relacionado con ésta, dentro de la herencia se pueden encontrar muchos conceptos como son los genes, un gen es la parte de un cromosoma que controla un carácter. Cada gen ocupa un lugar concreto del cromosoma. Un carácter hereditario es todo aquello observable que se puede traspasar de padres a hijos. (Color de pelo, estatura…). Los genes alelos son aquellos que controlan un mismo carácter pero con distinta información; cuando son idénticos se llaman homocigóticos o raza pura, cuando son diferentes son heterocigotos.

Genotipo:

Es el conjunto de información genética que tiene un individuo pero no se logran ver.

Fenotipo:

Manifestación externa del genotipo, es decir, lo que el individuo refleja del genotipo.

ÁCIDOS NUCLEICOS:

Son moléculas complejas constituidas por unidades mas simples llamadas nucleótidos quienes están formados por la pentosa, el ácido fosfórico y una base nitrogenada, existen dos clases de ácidos nucleicos (ARN y ADN).

ADN:

Se encuentra ubicado en el núcleo donde forma la cromatina, está constituido por dos cadenas complementarias que se encuentran enfrentadas y forman una doble hélice, tiene un enrollamiento es helicoidal con una distancia igual para toda la cadena, aquella hélice contiene dos bases nitrogenadas y dentro de cada par (timina y adenina o guanina y citosina) se establecen enlaces llamados puentes de hidrogeno.

Replicación del ADN:

El ADN se duplica o se replica para poder dividirse en dos cadenas totalmente iguales y como éste tiene una doble hélice, la base nitrogenada de una sirve para la fabricación de la otra, solo se tiene que dividir en dos y colocar su correspondiente par en cada una de las dos mitades. Todo esto es gracias a la acción de cuatro enzimas.

Helicasas:
Separan las dos cadenas mediante la ruptura de los puentes de hidrogeno.

Topoisomerasas:
Hacen girar la molécula de a medida que se va replicando.

ADN-Polimerasas:
Colocan el nucleótido correspondiente en el espacio que le toca.

ADN-Ligasas:
Unen los nuevos nucleótidos y los mantienen para que no se separen.

ARN:

Es la base de la secuencia transcrita del ADN y juega un rol determinando la secuencia de aminoácidos en las proteínas. Existen distintas clases de ARN como son: ARN mensajero, ARN de transferencia y ARN ribosómico.

ARNm:

Es el encargado de trasladar el mensaje genético del ADN desde el núcleo hasta el citoplasma

ARNr:

Se encuentra en el citoplasma asociado a los ribosomas y ahí ocurre la lectura del ARNm

ARNt:

Asocia los aminoácidos correspondientes con la lectura del ARNm en el ribosoma.

Para hacer este proceso se divide dos etapas, la transcripción y la traducción, en la transcripción se lee el mensaje genético del ADN por parte del ARN mensajero y en la traducción se interpreta el mensaje genético en proteínas.

Transcripción:

Consiste en la síntesis del ARN mensajero, la doble hélice del ADN se separa en la zona del gen que tiene que expresarse y como los genes tienen unos trozos repetidos y sin valor llamados intrones entre la información valida llamada exones tiene que realizar un método de corte y empalme en el cual se eliminan esos pedazos sobrantes.

Traducción:

La molécula de ARN se une a un ribosoma y se lee su información, luego a ese ribosoma le entra un ARNt que contiene un triplete de nucleótidos llamado anticodón, después como cada aminoácido tiene un triplete específico, se une al triplete y al otro anterior, haciendo así una cadena y pronto llega otro anticodón para asignarle el aminoácido y unirse al anterior, creando un enlace peptídico.

MUTACIONES

Las mutaciones pueden ser producidas por cualquier cambio por mínimo que sea en una o más bases en el ARNm, puede resultar en una secuencia de aminoácidos distinta y una proteína diferente, por eso existe un método llamado control de calidad.

Control de Calidad:

Se realiza especialmente en la duplicación del ADN, uno de los factores de control es la ADN-polimerasa que tiene una función secundaria llamada corrección de pruebas, en la cual se corrige el nucleótido anterior al que se está copiando y el otro factor de control es un sistema de reparación, que se encarga de revisar el ADN recién duplicado y arregla las lesiones que pueda tener y que no reparo el sistema de corrección de pruebas.

Origen de las mutaciones:

Las mutaciones generalmente son espontáneas pero en algunos casos se aumenta la probabilidad por agentes mutagénicos; estos agentes se dividen en dos grupos, por una parte los factores físicos como los rayos ultravioleta, los rayos x, rayos gamma y el ultrasonido, los cuales producen un efecto de alteración en el ADN, y por otras parte los factores químicos como el gas, la mostaza, el agua oxigenada, pesticidas, cafeína, nicotina, algunas drogas y fármacos.

TEORÍAS DE LA GENÉTICA

Teoría de la mezcla:

Fue el primer paso de la genética al mezclar colores de los descendientes y dar un color intermedio entre sus dos progenitores, como pasa al mezclar pinturas.

Teoría del Preformismo:

Decían que los gametos tenían un pequeño hombre muy diminuto y afirmaban que al fecundarse éste aumentaba de tamaño. Los científicos que creían que el hombre diminuto se encontraba en el gameto masculino, se llamaban espermatistas; mientras que los que creían que se encontraba en el femenino se denominaban ovistas.

Epigénesis:

Afirmaba que en los gametos de ambos sexos se encontraba un fluido, que luego de la fecundación se fusionaban, originando distintos órganos para formar al embrión.

Pangénesis:

Teoría postulada por Aristóteles que mencionaba que cada órgano y estructura del cuerpo produce pequeños sedimentos llamados gémulas, que por vía sanguínea llegaban a los gametos. El individuo se formaría gracias a la fusión de las gémulas de las células.

LEYES DE MENDEL

Primera ley o ley de uniformidad de la primera generación filial:

Si se cruzan dos cepas puras diferentes, todos los descendientes son iguales, heterocigotos.

Segunda ley o de la segregación:

Existen dos factores hereditarios por carácter que durante la reproducción o la formación de gametos se separan, o se segregan, y que se combinan al azar, para construir una nueva generación.

Tercera ley, o ley de la herencia independiente de los caracteres:

Cada factor se hereda independientemente de los demás y puede combinarse con los otros en todas las formas posibles.

ENFERMEDADES HEREDITARIAS

Se conocen aproximadamente 3000 enfermedades genéticas, pero solo el 2% de los recien nacidos sufren alguna de estas enfermedades; a continuación voy a nombrar algunas de ellas.

Hemofilia:

Consiste en la incapacidad de coagular la sangre y aún las lesiones mas leves producen hemorragias o flujos incontrolados de sangre. Las mujeres únicamente son portadoras porque no pueden sufrir la enfermedad mientras que en los hombres si.

Daltonismo:

Consiste en la dificultad para distinguir correctamente los colores rojo y el verde y con menor frecuencia el azul y el amarillo.

Albinismo Ocular:

Es una forma de albinismo pero la única diferencia es que únicamente afecta a los ojos, el iris es traslucido, a menudo de color rosa y sus consecuencias son estrabismo, reducción de la visión y carencia de perspectiva.

Alzheimer:

La enfermedad de Alzheimer es una atrofia cerebral difusa, asociada generalmente con demencia, que se presenta de ordinario en la edad senil. Se estima que poco más de la mitad de todas las demencias son de este tipo.

La enfermedad se caracteriza por una pérdida progresiva de la memoria y de otras capacidades mentales, a medida que las células mueren y diferentes zonas del cerebro se atrofian. La enfermedad suele tener una duración de aproximadamente diez años, al cabo de los cuales la destrucción del cerebro alcanza zonas vitales, produciéndose la muerte. Las causas de la enfermedad no han sido completamente elucidadas, aunque se ha identificado cuatro genes relacionados con una predisposición a la enfermedad. En la actualidad no existe cura para la enfermedad.

INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética es la tecnología de la manipulación y transferencia del ADN de unos organismos a otros, permitiendo controlar algunas de sus propiedades genéticas. Mediante ingeniería genética se pueden potenciar y eliminar cualidades de organismos en el laboratorio. Por ejemplo, se pueden corregir defectos genéticos (terapia génica), fabricar antibióticos en las glándulas mamarias de vacas de granja o clonar ovejas como Dolly.

Genética en la Agricultura

Generalmente es usada para cruzar variedades diferentes dentro de una especie, se evalúa la población segregante y a partir de ella se seleccionan la planta ó las plantas mejoradas que posteriormente se propagaran asexualmente. Esto se utiliza para cambiar características dadas de una planta para darle otros colores, formas, etc…

Los alimentos transgénicos son todos aquellos que han sido fabricados o producidos artificialmente modificando sus genes. Esto se realiza empleando técnicas de Ingeniería Genética que consiste en aislar uno o varios genes de un ser vivo (virus, bacteria, vegetal, animal o humano) para introducirlo en el patrimonio genético de otro.

Aunque hay muchas plantas transgénicas, sólo unas pocas se cultivan. Los mayores cultivos agrícolas en el mundo de origen transgénico son soya (61% del total de los cultivos transgénicos), maíz (23%), algodón (11%) y canola (raps) (5%), de los que se generan numerosos ingredientes que se emplean en alimentación.

Genética en la Salud