Conceptos Esenciales de Química y Biología: Desde los Electrones de Valencia hasta las Proteínas

Electrones de Valencia y Configuración Electrónica

Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en la capa de valencia de un átomo, es decir, en la capa más externa. Estos electrones participan en la formación de enlaces químicos con otros átomos.

¿Cómo Calcular los Electrones de Valencia?

Para calcular los electrones de valencia, debes seguir estos pasos:

1. Identifica el elemento químico y su número atómico (número de protones en el núcleo).
2. Busca la configuración electrónica del elemento, que muestra cómo se distribuyen los electrones en las diferentes capas.
3. La capa de valencia es la última capa ocupada por electrones. Cuenta cuántos electrones hay en esa capa.

Por ejemplo, para el carbono (C):

1. Número atómico: 6
2. Configuración electrónica: 1s² 2s² 2p²
3. La capa de valencia es la segunda capa (2s y 2p). Hay 4 electrones en la capa de valencia.

Entonces, el carbono tiene 4 electrones de valencia.

Neurotransmisores: Endorfinas, Serotonina y Dopamina

La endorfina, la serotonina y la dopamina son neurotransmisores que desempeñan un papel importante en la regulación de nuestras emociones, motivación y bienestar. A continuación, se describe brevemente cada una y cuándo se liberan:

1. Endorfinas

Son sustancias químicas naturales producidas por el cuerpo que actúan como analgésicos y mejoran el estado de ánimo. Se liberan en respuesta a:

• Ejercicio físico intenso
• Estrés o dolor
• Risas o sonrisas
• Actividades placenteras

2. Serotonina

Es un neurotransmisor que regula el estado de ánimo, el apetito y el sueño. Se libera en respuesta a:

• Exposición a la luz solar
• Actividades relajantes o meditativas
• Ejercicio físico regular
• Consumo de alimentos ricos en triptófano (aminoácido precursor de la serotonina)

3. Dopamina

Es un neurotransmisor que se asocia con la motivación, el placer y la recompensa. Se libera en respuesta a:

• Logros o éxitos
• Actividades placenteras o divertidas
• Anticipación de recompensas
• Consumo de alimentos o sustancias

Composición del Cuerpo Humano

El cuerpo humano se compone de: Oxígeno (65%), Carbono (18%), Hidrógeno (10%), Nitrógeno (3%), Calcio (1.5%), Fósforo (1%), Potasio (0.4%), Azufre (0.3%), Sodio (0.2%), Cloro (0.2%), Magnesio (0.1%), Hierro (0.1%), Zinc (0.01%).

Tipos de Fermentaciones

Algunos tipos de fermentaciones son: fermentación alcohólica, láctica, acética, amonificación y butírica.

Reacciones de Oxidación y Reducción

• Reducción: Gana electrones, se reduce y disminuye el número de oxidación.
• Oxidación: Pierde electrones, se oxida y aumenta el número de oxidación.

Tipos de Reacciones Químicas

1. Síntesis: Dos o más sustancias se combinan para formar una nueva sustancia.

   Ejemplo: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

2. Descomposición: Una sustancia se descompone en dos o más sustancias más simples.

   Ejemplo: 2H₂O → 2H₂ + O₂

3. Reemplazo: Un elemento reemplaza a otro en una sustancia.

   Ejemplo: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

4. Combustión: Una sustancia reacciona con oxígeno para producir calor y luz.

   Ejemplo: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

5. Neutralización: Un ácido reacciona con una base para formar agua y una sal.

   Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

6. Oxidación-reducción (Redox): Transferencia de electrones entre sustancias.

   Ejemplo: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

La Química de las Emociones

Ofrece una perspectiva fascinante sobre cómo las emociones están relacionadas con la química del cerebro. A continuación, se presentan algunos ejemplos:

1. Dopamina: Asociada con la felicidad, el placer y la recompensa.
2. Serotonina: Regula el estado de ánimo, el apetito y el sueño.
3. Endorfinas: Liberadas en respuesta al dolor o estrés, producen una sensación de bienestar.
4. Adrenalina: Asociada con el miedo, la ansiedad y la respuesta de "lucha o huida".
5. Oxitocina: Conocida como la "hormona del amor", está involucrada en la formación de vínculos sociales y emocionales.
6. Cortisol: Liberado en respuesta al estrés, puede afectar el estado de ánimo y la memoria.
7. GABA: Un neurotransmisor que regula la ansiedad y la relajación.
8. Glutamato: Un neurotransmisor que regula la excitación y la memoria.

Implicaciones de la Química de las Emociones

• Trastornos del estado de ánimo, como la depresión y la ansiedad
• Adicciones
• Respuesta al estrés
• Memoria y aprendizaje
• Relaciones sociales y emocionales

Biomoléculas en las Células

Las células están formadas por biomoléculas, que son moléculas orgánicas que se encuentran en los seres vivos y desempeñan funciones específicas para mantener la vida. Las principales biomoléculas que componen las células son:

1. Carbohidratos: Azúcares y almidones que proporcionan energía a la célula.
2. Proteínas: Moléculas que realizan una amplia variedad de funciones, como enzimas, hormonas, estructuras celulares y transporte de moléculas.
3. Lípidos: Moléculas que componen las membranas celulares, proporcionan energía y ayudan en la absorción de vitaminas.
4. Ácidos nucleicos: ADN y ARN que contienen la información genética de la célula.
5. Vitaminas y minerales: Moléculas que actúan como cofactores en reacciones químicas y ayudan en la regulación de procesos celulares.

Estas biomoléculas interactúan entre sí y con el entorno para mantener la homeostasis y permitir que la célula realice sus funciones básicas.

Clasificación de los Carbohidratos

Los carbohidratos son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Se clasifican en:

1. Monosacáridos: Azúcares simples (glucosa, fructosa, galactosa)
2. Disacáridos: Dos monosacáridos unidos (sacarosa, lactosa, maltosa)
3. Polisacáridos: Muchos monosacáridos unidos (almidón, celulosa, glucógeno)
4. Oligosacáridos: Pocos monosacáridos unidos (3-10 unidades)

Monómeros, Glucosa, Lactosa y Enlaces Glucosídicos

Monómeros

• Son moléculas simples que se unen para formar polímeros.
• En el caso de los carbohidratos, los monómeros son azúcares simples como la glucosa, fructosa, galactosa, etc.

Glucosa

• Es un monosacárido (azúcar simple) que se encuentra en muchos alimentos y es una fuente importante de energía para las células.
• También se conoce como azúcar de la sangre o dextrosa.
• La glucosa es un componente importante de la lactosa (azúcar de la leche) y del almidón.

Lactosa

• Es un disacárido (azúcar compuesto) formado por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de galactosa.
• Se encuentra en la leche y productos lácteos.
• La lactosa es hidrolizada en glucosa y galactosa en el intestino delgado mediante la enzima lactasa.

Estructura de las Proteínas

Las proteínas son biomoléculas compuestas por cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Su estructura es fundamental para su función en los seres vivos.

• Estructura primaria: Secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
• Estructura secundaria: Formación de puentes de hidrógeno entre aminoácidos, creando estructuras helicoidales (α-hélice) o planas (lámina β).
• Estructura terciaria: La cadena polipeptídica se pliega en una forma tridimensional específica, estabilizada por enlaces de hidrógeno, iones y fuerzas hidrofóbicas.
• Estructura cuaternaria: Asociación de dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) para formar una proteína completa.

Tipos de Estructuras Proteicas

• Fibrosas: largas y delgadas, como el colágeno.
• Globulares: esféricas, como la hemoglobina.
• Membranosas: asociadas a membranas celulares.

Secuencia de Eventos en la Síntesis de Proteínas

A continuación, se presenta la secuencia de eventos que lleva de los aminoácidos a las proteínas:

1. Síntesis de aminoácidos: Los aminoácidos se sintetizan en el cuerpo o se obtienen de la dieta.
2. Activación de aminoácidos: Los aminoácidos se activan mediante la unión a moléculas de ARN de transferencia (tRNA).
3. Síntesis de proteínas: La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas, donde se unen los aminoácidos activados en una secuencia específica.
4. Traducción del ARNm: El ARN mensajero (ARNm) lleva la información genética desde el ADN al ribosoma.
5. Inicio de la síntesis: El ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARNm y selecciona los aminoácidos correspondientes.
6. Elongación de la cadena: Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, formando una cadena polipeptídica.
7. Terminación de la síntesis: La síntesis de la proteína se completa cuando el ribosoma llega al final del ARNm.
8. Modificaciones postraduccionales: La proteína recién sintetizada puede sufrir modificaciones, como la adición de grupos funcionales o la formación de enlaces disulfuro.
9. Plegamiento de la proteína: La cadena polipeptídica se pliega en su estructura tridimensional nativa.
10. Función de la proteína: La proteína madura realiza su función biológica en la célula.