Trabajo Práctico número 2 de Biología UNLP 2019, Ejercicios de Biología

¡Descarga Trabajo Práctico número 2 de Biología UNLP 2019 y más Ejercicios en PDF de Biología solo en Docsity! 1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 2 2019 COMPONENTES QUÍMICOS DE LAS CÉLULAS PARTE I: AGUA Y PEQUEÑAS MOLÉCULAS OBJETIVOS - Analizar las propiedades fisicoquímicas del agua del agua, su capacidad como disolvente y su relación con los sistemas biológicos. - Aplicar los conceptos teóricos a la resolución de problemas - Conocer la estructura y función de las pequeñas moléculas y cómo interactúan entre sí para formar moléculas más complejas. - Comprender cómo participan las distintas moléculas orgánicas dentro del esquema general del metabolismo. UNIDAD DE CONOCIMIENTO CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS: Átomo: Definición. Constitución: partículas subatómicas. Número atómico y número másico. Isótopos. Unidad de masa atómica (uma) y peso atómico relativo. Cantidad de materia: mol. Electrones de valencia. Tabla periódica. Concepto de electronegatividad. Moléculas: Definición. Moléculas simples y compuestas. Enlaces químicos entre átomos: Regla del octeto. Enlaces iónicos y covalentes. Estados de oxidación. Peso molecular. Mol de moléculas. Soluciones: Concepto de soluto y solvente. Unidades de concentración. Características salientes del átomo de carbono. Grupos funcionales principales y familias de compuestos orgánicos resultantes. TEMARIO Componentes químicos de la célula. Elementos característicos en los organismos vivos. El agua: estructura y función en los seres vivos. Contenido y distribución del agua corporal. Enlaces por puente de hidrógeno en el agua y su importancia en las propiedades físicas de la misma. El agua como disolvente: sustancias hidrofílicas. Interacciones intermoleculares: fuerzas de van der Waals y puentes de hidrógeno. Compuestos hidrofóbicos y anfipáticos. Interacciones hidrofóbicas: un tipo especial de interacciones intermoleculares entre moléculas hidrofóbicas determinadas por el entorno acuoso. Propiedades constitutivas y coligativas de las soluciones. Ósmosis y presión osmótica. Osmolaridad: soluciones hipo-, hiper- e iso-osmóticas. Membrana permeable, impermeable, semipermeable y selectivamente permeable: coeficiente de reflexión y concepto de osmolaridad efectiva. Tonicidad. Equilibrio osmótico entre compartimientos acuosos corporales. Disociación del agua. Concepto de pH como una medida de la concentración de H+. Ácidos y bases. Escala de pH. Sistemas buffer. Moléculas de la célula (biomoléculas): características generales. Moléculas orgánicas pequeñas: azúcares simples, aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos. Estructura, nomenclatura y función. Propiedades físicas y químicas de las distintas familias. 2 Azúcares simples: Importancia biológica de los monosacáridos. Rol en la energética de la célula y en la biosíntesis de macromoléculas. Unión de monosacáridos para generar disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Disacáridos de interés biológico: estructura y función. Importancia de los oligosacáridos en la señalización y reconocimiento celular. Ácidos grasos: su rol energético y su participación en la formación de fosfolípidos y triglicéridos. Ácidos grasos esenciales y semiesenciales. Aminoácidos: grupos funcionales que los caracterizan. Unión peptídica. Clasificación general de los aminoácidos de acuerdo a su cadena lateral (R). Aminoácidos esenciales. Aminoácidos no proteicos. Nucleótidos: estructura general. Funciones: formación de macromoléculas (ADN y ARN), relación con procesos energéticos y de transferencia de energía, coenzimas nucleotídicas y nucleótidos cíclicos como moléculas señalizadoras. Importancia biológica y ejemplos de cada tipo. VOCABULARIO ESPECIFICO DEL TEMA Enlaces de hidrógeno – ósmosis – tonicidad – anfipático – hidrofóbico – hidrofílica – polar – pH – solución – suspensión – micelas – monocapa – bicapa – sillar estructural – monómero – polímero – polimerización – biosíntesis – biodegradación – reducción – oxidación – aldosa – cetosa – carbono asimétrico – isomería óptica - oxhidrilo hemiacetálico y hemicetálico. BIBLIOGRAFIA Rawn, J. David. Bioquímica. Interamericana. McGraw-Hill.1989 Herrera, E. Elementos de Bioquímica. Interamericana.McGraw-Hill. 1993. Blanco, A. “Química Biológica”. 8a Edición. Editorial El Ateneo. 2015 Cingolani H., Houssay A. y col. “Fisiologia Humana de Houssay”. Editorial El Ateneo. 7° Edición 2000. UNIDAD DE ACCION En su casa: el estudiante deberá investigar usando como base el temario propuesto y contestar el cuestionario guía de estudio a los efectos de autoevaluar si ha adquirido los conceptos fundamentales requeridos para el abordaje del trabajo práctico. Utilizando los conocimientos teóricos adquiridos intentará plantear una solución de los ejercicios de aplicación. Podrá además ejercitarse luego de la clase resolviendo los problemas adicionales. En clase: el estudiante deberá participar en la discusión del temario y resolver con la ayuda del docente los problemas de aplicación, con el fin de reafirmar los conceptos teóricos estudiados en su casa y evacuar las posibles dudas. 5 mismo compartimiento). Si la reflexión es total, la membrana es impermeable a ese soluto,  vale 1 y ese soluto contribuye en su totalidad al cálculo de la osmolaridad efectiva. Si la reflexión es nula, la membrana es totalmente permeable a ese soluto,  vale 0 y dicho soluto no contribuye al cálculo de la osmolaridad efectiva. Si la reflexión es parcial, el valor de  será un número >0 y <1, y ese soluto sólo contribuye parcialmente al cálculo de la osmolaridad efectiva. Es difícil encontrar una membrana que sea permeable al agua e impermeable a TODOS los solutos. Puede ser que una membrana sea impermeable al cloruro y al sodio, pero no a la urea y por ello se dice que son membranas de permeabilidad selectiva. ¿Qué pasaría si la diferencia de osmolaridad la creásemos con urea, por ejemplo? Si la membrana es TAN permeable al agua como a la urea, simplemente no tendríamos oportunidad o tiempo de ver el flujo osmótico, ya que rápidamente se disiparía el gradiente de concentración de urea. Se diría que la membrana es permeable. Podríamos seguir analizando indefinidamente los posibles solutos que se nos ocurran hasta el infinito y confeccionar toda una gradación de membranas en función de su permeabilidad diferencial para cada soluto. Por lo tanto, la E de una solución depende de la concentración de partículas osmóticamente activas la cual está determinada por dos factores: - la concentración de partículas en solución dada por [Osm] - la permeabilidad de la membrana a las distintas partículas que se cuantifica por el coeficiente de reflexión (). La concentración de partículas osmóticamente activas viene dada por el producto:  x [Osm]) y se lo denomina OSMOLARIDAD EFECTIVA. Se define el término tonicidad para describir el comportamiento osmótico de una solución separada de otra solución por una membrana bien definida (p. ej., una membrana plasmática). La solución de referencia será: isotónica: si no existe flujo neto de solvente a través de la membrana plasmática (para lo cual deberá tener la misma osmolaridad efectiva que el interior celular). hipertónica: si existe flujo neto de solvente a través de la membrana plasmática desde el medio intracelular hacia la solución (para lo cual deberá tener una osmolaridad efectiva mayor que el interior celular). hipotónica: si existe flujo neto de solvente a través de la membrana plasmática desde la solución extracelular hacia el interior celular (para lo cual deberá tener una osmolaridad efectiva menor que el interior celular). La osmolaridad de una solución es una propiedad intrínseca de la misma que describe la concentración de partículas presente en ella. Si consideramos que 290 mOsm es la osmolaridad plasmática normal, las soluciones con una osmolaridad de 290 mOsm son isoosmolares, las soluciones con osmolaridades >290 mOsm son hiperosmolares y las que tienen osmolaridades <290 mOsm son hipoosmolares. En cambio la tonicidad de una solución (relacionada a la osmolaridad efectiva) es una propiedad que depende tanto de la permeabilidad de la membrana celular para las distintas partículas presentes en la solución como de la osmolaridad de la misma. Para solutos cuyo coeficiente de reflexión () es menor que uno (solutos penetrantes), es importante distinguir entre osmolaridad y tonicidad. “Para solutos no penetrantes (=1) la distinción entre osmolaridad y tonicidad es meramente teórica”. 6 Cuando se utilizan los términos isotónica, hipertónica e hipotónica, se están comparando dos soluciones entre si (p. ej., el LIC: líquido intracelular y el LEC: líquido extracelular) separadas por una membrana bien definida (p. ej., una membrana celular). Una solución es isotónica cuando su osmolaridad efectiva es igual que la de la solución de referencia, que para nuestros fines es el LIC. Una solución hipertónica es aquella que tiene una osmolaridad efectiva mayor que la solución de referencia y una solución hipotónica tiene una osmolaridad efectiva mas baja. Los desplazamientos de H2O entre los compartimentos intracelular e intersticial se deben a alteraciones de la osmolaridad efectiva del LEC, o tonicidad. Desde el punto de vista clínico, esos cambios de la tonicidad suelen deberse a disminuciones de la [Na+] en el plasma y el LEC (hiponatremia), a aumentos de la [Na+] (hipernatremia) o a incrementos de la concentración de glucosa (hiperglucemia). Los cambios de la concentración de un soluto que atraviese la membrana plasmática con gran facilidad, como la urea, que se acumula en pacientes con insuficiencia renal, no tienen ningún efecto sobre la tonicidad. Intercambio de agua a través de la pared capilar La barrera que separa el plasma sanguíneo y los compartimentos intersticiales (la pared capilar) es, en una primera aproximación, libremente permeable a solutos menores que las proteínas plasmáticas. Por tanto, la única fuerza osmótica neta que actúa a través de la pared capilar es la causada por la distribución asimétrica de las proteínas entre el plasma y el líquido intersticial. Se pueden utilizar varios términos para referirse a la fuerza osmótica generada por estas proteínas plasmáticas que no atraviesan la membrana celular, como presión osmótica proteica, presión osmótica coloide y presión oncótica. Estos términos son sinónimos y pueden representarse por el símbolo oncótica. La diferencia de presión oncótica (Δoncótica), que tiende a movilizar el H2O desde el intersticio al plasma, se contrarresta por la diferencia de presión hidrostática a través de la pared capilar (ΔP), que desplaza el líquido del plasma al intersticio. ISÓMEROS Se denominan isómeros a las sustancias que poseen una misma fórmula molecular pero distinta estructura química y que, por lo tanto, acusan distintas propiedades. Se distinguen dos tipos de Isómeros: estructurales (de cadena, de posición o de función) y espaciales o estereoisómeros (geométricos y ópticos). 7 CUESTIONARIO GUIA DE ESTUDIO 1- ¿Cuál es la composición química del agua? ¿A través de qué tipos de enlaces se unen sus átomos constituyentes? ¿Qué estructura tridimensional adoptan estos átomos en la molécula de agua? ¿Por qué el agua es una molécula polar? 2- a) Teniendo en cuenta la composición química y la estructura tridimensional de la molécula de agua, ¿qué tipos de enlace pueden formarse entre sus moléculas? b) Enuncie las características del enlace de hidrógeno y explíquelas. 3- a) ¿Cuántos enlaces de hidrógeno puede formar una molécula de agua con sus vecinas si se encuentra en el seno del agua líquida? ¿Y si se encuentra en la superficie? b) Defina tensión superficial c) ¿De qué forma una molécula de agua que se encuentra en el seno del líquido logra pasar al estado de vapor? ¿Cuál es la relación con el elevado calor de vaporización del agua? ¿Por qué sudamos? 4- ¿Cómo varía la densidad del agua con la temperatura? Explique por qué es posible la vida en ríos y lagos que se congelan durante el invierno. 5- ¿Cuál es la condición necesaria para que una sustancia sea soluble en un disolvente? Tenga en cuenta las interacciones SOLUTO-SOLUTO, SOLVENTE- SOLVENTE y SOLUTO-SOLVENTE, y las fuerzas involucradas. En función de su respuesta, ¿para qué tipo de sustancias el agua será un buen disolvente? 6- Teniendo en cuenta la alta energía de los enlaces iónicos presentes en una estructura cristalina, ¿podría explicar cómo es posible que una sustancia como el cloruro de sodio sea soluble en agua? Defina esfera de solvatación. 7- Explique por qué las sustancias apolares son insolubles en agua. ¿Cómo se denominan estas sustancias? ¿Qué entiende por interacción hidrofóbica? 8- a) ¿Qué entiende por solución? En una solución acuosa, defina soluto y solvente. b) ¿En qué unidades puede expresarse la concentración de soluto en una solución? c) ¿Puede decirse que el interior celular es una solución acuosa? ¿Por qué? 9- a) Escriba la constante de disociación del agua pura, ¿cómo se denominan los iones resultantes? b) ¿Qué entiende por ácidos y bases? c) ¿De qué maneras alternativas puede expresarse la concentración de H+ y OH- en soluciones acuosas diluidas de ácidos o bases? Escala de pH. d) ¿En qué casos hablamos de ácidos y bases fuertes y cuándo nos referimos a ácidos y bases débiles? ¿Cuáles de ellos son importantes como amortiguadores de cambios de pH? 10- a) ¿A qué se denominan propiedades coligativas? Menciónelas. b) ¿Qué se entiende por gradiente? Defina el término difusión. ¿Por qué el fenómeno de ósmosis puede definirse como un caso especial de difusión? Defina presión osmótica. c) ¿Cómo se relaciona la osmolaridad de una solución con la molaridad de la misma? d) Diferencie entre osmolaridad y tonicidad e) Defina solución isotónica, hipotónica, hipertónica. 10 2- La composición y estructura del agua también condiciona su capacidad disolvente. Dados los siguientes compuestos: NaCl (sal de mesa) – etano (componente del gas natural) – etanol – etanal (acetaldehído) – ácido acético (vinagre) – propano – glicerol (1,2,3-propanotriol) – acetona (propanona) – jabón (palmitato de sodio)– nafta – fosfolípidos Indique: a) ¿Cuáles de ellos son solubles en agua? (generan soluciones verdaderas). ¿Qué nombre reciben este tipo de compuestos? Destaque las interacciones soluto- solvente que hacen posible la disolución. b) ¿Qué características particulares tienen los compuestos destacados con negrita? ¿Qué nombre reciben estos compuestos? ¿Qué comportamiento tienen en agua? 3- Sabiendo que HCl y H2SO4 se disocian completamente en agua (ácidos fuertes) y que también lo hace el NaOH (base fuerte), complete la siguiente tabla: [H+] [OH-] pH pOH H2O pura NaCl 10-5 M HCl 10-5 M NaOH 10-5 M H2SO4 5x10-6 M 4- Dados los siguientes compuestos: a) Identifique con (X) a los monosacáridos y con () a los derivados de monosacáridos. b) TOMANDO los monosacáridos: b1- Clasifíquelos según el número de átomos de carbono y la posición del grupo carbonilo. b2- Indique cuáles son solubles en agua. Justifique. A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U A B C D G E F I H K J L M N Ñ O P Q R S T U F G H I J K L M N 11 c) Coloque en la columna de la izquierda la letra con que están identificados los monosacáridos de mayor trascendencia biológica y describa brevemente su función biológica: LETRA MONOSACÁRIDO FUNCIÓN BIOLÓGICA D-glucosa D-galactosa D-fructosa D-ribosa 5- a) Las siguientes estructuras corresponden a los isómeros espaciales alfa y beta (denominados anómeros) que surgen de la ciclación de la D-glucosa en medio acuoso: a1- Numere los carbonos de ambas estructuras. a2- En qué se diferencian estos isómeros. b) Los monosacáridos se unen entre sí por enlaces que se generan por interacción del –OH (hemiacetálico o hemicetálico) unido al carbono anomérico de uno de ellos con uno de lo grupos -OH del otro con liberación de una molécula de agua. b1- ¿Qué nombre recibe este tipo de enlace que se da entre monosacáridos? b2- ¿Qué nombre genérico recibe el producto resultante? c) Las siguientes estructuras corresponden a azúcares que podemos encontrar libres en la naturaleza. Para cada uno de ellos indique: c1- Nombre, monosacáridos constituyentes y enlace a través del cual se unen. c2- Fuente natural. c3- Si tienen poder reductor. Justifique. 12 6- Dados los siguientes aminoácidos proteicos: a) Describa las características generales comunes que presentan. b) Clasifíquelos según la naturaleza de su cadena lateral. c) Seleccione el pH de la solución al cual espera encontrar a los aminoácidos en ese estado de ionización: ¿pH: 2; pH: 7 o pH: 12? Justifique su respuesta. d) Esquematice el dipéptido que resulta de la unión entre un aminoácido polar sin carga y un aminoácido ácido tal como lo encontraría en una solución cuyo pH es 7. Señale el enlace e indique su nombre específico. 7- El siguiente listado corresponde a nombres triviales de distintos ácidos grasos cuyas fórmulas taquigráficas se presentan entre paréntesis: I. Ácido palmítico (16:0) II. Ácido oleico (18:19) III. Ácido araquidónico (20:4 n-6) IV. Ácido linolénico (18:3 n-3) V. Ácido esteárico (18:0) VI. Ácido linoleico (18:29,12) a) Indique cuáles son saturados b) ¿Cuál de ellos presenta una fórmula molecular que puede corresponder a las siguientes estructuras? Encierre con un círculo la configuración que espera encontrar en el ácido graso natural. ¿Cómo se denomina dicha configuración? c) Señale cuáles de ellos son esenciales y semiesenciales para los seres humanos. d) Ordénelos según punto de fusión decreciente. e) Tomando compuestos del listado ¿Cómo podría obtener los dos primeros ingredientes presentados en la etiqueta? ¿Por qué este producto es utilizado para la higiene corporal? 8- a) ¿Puede una persona obtener todos los aminoácidos y ácidos grasos necesarios ingiriendo una dieta basada exclusivamente en polisacáridos de reserva? En caso de no ser así, ¿qué adicionaría a dicha dieta para solucionar el problema? 15 hipotónico (fragilidad osmótica)? ¿A qué se debe? ¿Podría usarse la fragilidad osmótica como estudio de diagnóstico? 0 20 40 60 80 100 NaCl [%] % H e m ó lis is personas sanas (grupo control) pacientes con esferocitosis 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 13- La glucemia es la concentración de glucosa en la sangre: a) ¿Qué efectos puede tener una disminución de la misma (hipoglucemia), por ejemplo en células nerviosas y en células musculares cardíacas? ¿Por qué cree que esto es así? b) ¿Conoce Ud. alguna enfermedad en la que la glucemia pueda estar aumentada (hiperglucemia) respecto a la concentración basal? ¿Por qué cree Ud. que la presencia de glucosa en orina (glucosuria), un volumen de orina superior al esperado (poliuria) y la sensación de sed intensa (polidipsia) son algunos de los signos clínicos característicos de esta enfermedad? 14- Las proteínas plasmáticas, fundamentalmente la albúmina, son importantes en el mantenimiento de la presión osmótica del plasma y del equilibrio osmótico entre el compartimiento intravascular y el intersticial. En los casos de desnutrición proteica severa, disminuye la síntesis hepática de albúmina y por lo tanto su concentración en plasma. a) ¿Por qué debe existir un equilibrio osmótico entre los distintos compartimentos del organismo? ¿Cómo se mantiene este equilibrio? b) ¿Qué consecuencias cree Ud. que tendrá esta disminución de la cantidad de albúmina en el plasma? ¿Se producirá edema? Asocie este fenómeno al característico abdomen prominente que se observa en los niños desnutridos. 15- La osmolaridad de las células resulta de la sumatoria de las concentraciones molares de las distintas partículas presentes en el líquido intracelular (iones, proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y otros pequeños metabolitos disueltos). En humanos el valor de la osmolaridad celular es de 308 mOsm. Una de las principales soluciones empleadas en terapia intravenosa es el llamado suero fisiológico que consiste en una solución isoosmótica de NaCl al 0,9% p/v. a) Calcule la molaridad de los iones Na+ y Cl- en la solución fisiológica. b) ¿Cuántos gramos de sal deben utilizarse para preparar 250 ml de suero fisiológico? c) Si el técnico encargado de preparar la solución fisiológica se distrajo contestando un mensajito de texto en su celular y pesó 22,5 g de NaCl ¿qué supone Ud. que ocurrirá si al ingresar al hospital un paciente deshidratado por una infección intestinal se le administra suero endovenoso con esa solución? Aplique los conceptos de osmolaridad y tonicidad para justificar su respuesta. 16 d) Si en cambio hubiera pesado 2,25 mg de NaCl ¿qué supone Ud. que ocurrirá en este caso si utilizaran esta solución para tratar a un paciente que ingresó con una insuficiencia cardíaca congestiva (edemas generalizados)? 16- En los lactantes, la lactosa de la leche materna se hidroliza por acción de la enzima intestinal lactasa (o -O-galactosidasa) en sus monosacáridos constituyentes quienes luego son absorbidos en el intestino delgado hacia el torrente sanguíneo. La galactosa se convierte enzimáticamente en glucosa, que es el combustible primario de muchos tejidos. a) La cantidad de lactasa disminuye progresivamente luego del destete de modo que la mayoría de los adultos tiene niveles bajos de lactasa (hipolactasia). En consecuencia, gran parte de la lactosa que ingieren no puede ser hidrolizada ejerciendo un efecto osmótico que da por resultado la generación de diarrea acuosa. Además, la lactosa progresa a través de sus tractos digestivos hacia el colon, donde la fermentación bacteriana genera grandes cantidades de CO2, H2 y ácidos orgánicos irritantes. Estos causan el molesto y casi siempre doloroso malestar digestivo conocido como intolerancia a la lactosa. a1- ¿Por qué la persistencia de lactosa en la luz intestinal ocasiona diarrea acuosa? a2- ¿Por qué este fenómeno desaparece cuando es hidrolizada? b) La intolerancia a la lactosa, que una vez se consideró un trastorno metabólico, actualmente es normal en adultos humanos, en particular en los descendientes de africanos y asiáticos. La utilización de la tecnología moderna en la fabricación de alimentos llegó para ayudar a las personas que presentan intolerancia a la lactosa y quieren consumir productos lácteos. A través de ella puede obtenerse “leche deslactosada” total o parcialmente en la cual la lactosa se hidroliza enzimáticamente. Mencione parámetros que podrían utilizarse a nivel industrial para realizar un seguimiento del proceso de hidrólisis enzimática de la lactosa que permite obtención de leche deslactosada. (DATO: TENGA EN CUENTA CÓMO SE MODIFICA LA OSMOLARIDAD DE LA LECHE A LO LARGO DEL PROCESO). - EN EL ENTORNO DE LA CÁTEDRA PODRÁ ENCONTRAR EJERCICIOS ADICIONALES QUE LE PERMITIRÁN SEGUIR UTILIZANDO LOS CONOCIMIENTO TEÓRICOS ADQUIRIDOS PARA LA RESOLUCIÓN DE SITUACIONES PROBLEMÁTICAS -