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Cuestionario final. Biofísica

Tema 1: REACCIONES OXIDO-REDUCCIÓN.

1.1.- Defina el término de reacciones de óxido reducción o redox  y de número de oxidación o estado de oxidación.

Se refiere a las reacciones en las cuales los átomos experimentan cambios en su número de oxidación, en éstas hay transferencia de electrones, este proceso es simultáneo siendo reacciones la cantidad de electrones perdidos es igual a la cantidad de electrones ganados, cuando un átomo se oxida (pierde electrones) y otro se reduce (gana electrones).

El número de oxidación se refiere al número que se asigna a cada tipo de átomo de un elemento, un compuesto o ión, éste número representa la cantidad de electrones que ha ganado, perdido o compartido.

1.2.- ¿Qué es el potencial redox?

Se refiere a la capacidad que tienen las sustancias para recibir o ganar electrones. Está relacionado con el pH y con el contenido de oxígeno.

1.3.- ¿Qué es un radical libre?

Se refiere a los átomos o moléculas que tienen un electrón desapareado en su último orbital por lo que son muy inestables y reaccionan muy fácilmente con otras moléculas. Desempeñan una función importante en la combustión, en la polimerización, en la química atmosférica, dentro de las células y en otros procesos químicos.

Tema 2: ATP.

2.1.- ¿Qué es el ATP y por qué se dice que es la molécula energética?

Es el trifosfato de adenosina o adenosin trifosfato, como su nombre lo indica está compuesto por adenina, ribosa y tres moléculas de fosfato.

2.2.- ¿Qué pasa cuando el ATP se hidroliza?

Cuando el ATP interacciona con moléculas de H₂O cambia su estructura química transformándose en ADP+Pi, en este proceso se libera energía (ΔG = -7,7 kcal/mol) la cual utilizan los organismos para llevar a cabo funciones metabólicas.

Tema 3: BIOENERGÉTICA MITOCONDRIAL.

3.1.- ¿A qué se refiere la Hipótesis quimiosmótica?

Esta teoría fue propuesta por Peter Mitchel, en la cual sugiere que la mayor parte de la síntesis de ATP en la respiración celular, proviene de un gradiente electroquímico entre la membrana interna y el espacio intermembranal de la mitocondria, debido al uso de la energía de NADH y FADH2 que se produce por la ruptura de moléculas ricas en energía, como la glucosa.

3.2.- Mencione la estructura y función de la cadena respiratoria.

La cadena respiratoria se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria, mediante una cadena de complejos enzimáticos (I, II, III y IV), en este proceso los electrones se transportan desde moléculas poco oxidantes como el NADH Y FADH hasta el oxígeno que es la molécula más oxidante de la cadena, formándose durante el proceso ATP y agua, mediante el gradiente electroquímico que se forma en los complejos.

3.3 ¿Qué es el genoma mitocondrial?

También llamado ADN mitocondrial, se refiere al material genético propio de las mitocondrias, el cual proviene únicamente de herencia materna cuando la célula eucariótica se divide. El DNA mitocondrial codifica para 13 proteínas involucradas en la producción de energía celular y procesos de fosforilación oxidativa. Por lo tanto, el entorno que rodea la mitocondria y el DNA mitocondrial está expuesto a el daño oxidativo producido por los radicales libres generados en ese metabolismo. Si a esto se le añade el hecho de que el material genético de las mitocondrias no está protegió por histonas como lo está el DNA nuclear, y que los mecanismos de reparación de daños el DNA son poco eficientes en las mitocondrias, obtenemos como resultado que la tasa de mutación aumenta hasta ser 10 veces mayor que la del genoma nuclear.

Tema 4: FOTOBIOLOGÍA.

4.1 ¿Qué es la fotobiología?

La fotobiología es la ciencia que estudia el efecto de la radiación no ionizante (no dañina para los organismos) sobre los sistemas vivos.

4.2 ¿Qué efectos tiene la captación de luz sobre organismos vivos?

La síntesis de vitamina D en la piel inducidos por irradiación ultravioleta a partir de precursores como esteroles, cambios en los constituyentes químicos y celulares de la sangre acción sobre la psique acción fisiológica de la luz en animales, actuando a través de los ojos y de la glándula pineal. Hay efectos locales y son los que se ejercen sobre la piel y por supuesto la fotosíntesis en las plantas.

 4.3 Explique los conceptos de pigmentos antena y captación de luz.

En la fotosíntesis realizada por las plantas en la que se convierte la energía solar en energía química, la luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas. Estos complejos clorofila-proteína se agrupan en unidades llamadas fotosistemas de los cloroplastos.

“El complejo antena de dichos fotosistemas atrapa fotones de la luz, elevando los electrones a niveles más altos que su estado cuántico fundamental, y esta energía se va transportando entre diferentes moléculas de clorofila por resonancia, hasta que en el centro del fotosistema II se produce la fotólisis del agua, rompiéndola en medio, originando O, 2 protones (H+) y dos electrones. El oxígeno se unirá con el sobrante de otra molécula de agua, para crear oxígeno atmosférico (O2); los protones translocados al interior del tilacoide contribuyen a crear un gradiente electroquímico, que será utilizado por la ATPasa, y los electrones repondrán la carencia electrónica de la clorofila original.”

Tema 5: TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANAS.

5.1.- ¿Qué es el potencial de membrana?

Se refiere a cambios rápidos de polaridad que ocurren en la membrana, la cual separa dos disoluciones de diferente concentración, se genera por una diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana celular.

5.2.- ¿Por qué es necesario el potencial de membrana?

El potencial de membrana genera impulsos eléctricos, los cuales sirven para transmitir señales a lo largo de la membrana, por ejemplo en neuronas y en células musculares para su correcto funcionamiento.

5.3.- ¿Qué provoca la permeabilidad selectiva de iones?

Los gradientes de concentración en el interior y el exterior de la célula, son los responsables de que pasen o no sustancias a través de la membrana. Por ejemplo los iones de potasio muestran fuerte tendencia a difundirse hacia fuera, al difundirse se llevan consigo cargas positivas hacia el exterior generando un estado de electropositividad fuera de la membrana y de electronegatividad en el interior.

  

Tema 6: VISIÓN.

6.1.- ¿Qué es la luz visible?

Dentro del espectro electromagnético se encuentran diferentes y muy diversas longitudes de onda, que van desde las ondas de radio, hasta los rayos gamma, la luz visible para el ojo humano se encuentra dentro del rango de los 400 a 780 nm. Dentro de este rango se encuentran todos los colores, cada uno corresponde a una longitud de onda.

6.2.- ¿Cuáles son las células fotorreceptoras y en donde se encuentran?

“El Globo ocular posee una envoltura protectora externa llamada esclerótica, que lo cubre completamente; no obstante, en su parte posterior, la esclerótica forma un espacio transparente que se llama Córnea, A través de esta entran los rayos de luz, por debajo de la esclerótica esta un capa pigmentada llamada Coroides, que contiene muchos de los vasos sanguíneos que transportan nutrientes y oxigeno y que retiran dióxido de carbono de los tejidos. Revistiendo por dentro a las partes posteriores de la Coroides, está el tejido nervioso llamado Retina, que contiene las células receptoras o fotorreceptores, los cuales son los Conos y Bastones.” Los conos sirven para ver de día y los conos para ver de noche.

6.3.- ¿Cómo vemos?

Las longitudes de onda son absorbidas por los objetos, el color que percibimos de ellos, son las longitudes de onda que no absorben y que es reflejada y percibida por nuestros ojos, Este reflejo llega al ojo, pasa por la córnea y atraviesa la cámara ocular, entra por la pupila, que se encuentra en el centro del iris.

Cuando el rayo de luz ha pasado por la pupila, atraviesa el cristalino. Esta parte proporciona claridad y nitidez a la imagen. Según la distancia en que se encuentre el objeto observado, el cristalino cambia su curvatura y se adapta, si el objeto está cerca, el cristalino concentra más los rayos de luz que entran y se contrae más, si el objeto está lejos se contrae menos. Esta adaptación la hace con ayuda de un músculo pequeño que rodea al cristalino.

La luz concentrada, atraviesa el humor vítreo, que es una masa gelatinosa que contiene principalmente agua y que contribuye a conservar la forma del ojo. De ahí el rayo de luz, llega a la retina, que es una membrana muy fina. En ella forma una imagen pequeña e invertida del objeto observado.

La retina se compone por varias capas que contienen bastones y conos. Los bastones se distribuyen por toda la reina y los conos se concentran en el centro de la retina, un lugar llamado fóvea, en el que se forma claramente la imagen. Los extremos de la retina son los que captan el movimiento y el contorno de una imagen en la oscuridad.

Cuando la luz ha llegado a los bastones y conos, se producen impulsos eléctricos que pasan al nervio óptico, que se encarga de llevarlos al cerebro en donde es procesada, clasificada, ordenada y memorizada.

Tema 7: GUSTO.

7.1.- Defina el concepto del sentido del gusto.

Es el sentido que nos permite saborear las cosas, La lengua es un órgano muscular, movible, que además de experimentar la sensación del gusto sirve para otras funciones como el habla, el masticamiento y el tragar de los alimentos.

La lengua contiene un conjunto de células especializadas, llamadas yemas gustativas, que son, los órganos especiales del gusto. Además de éstas, la lengua también tiene otro tipo de células que producen saliva, que es necesaria para tragar los alimentos.

7.2.- ¿Qué relación existe entre la conformación molecular y el sabor?

Los sabores agrios los percibimos principalmente en sustancias que son ácidas. Estos compuestos contienen átomos de hidrógeno, que son los principales responsables de dicho sabor. Cuando se mezcla la sustancia que contiene el ácido con agua en general desprenden algunos de sus átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno han perdido sus electrones y por lo tanto quedan eléctricamente cargados, se dice que están ionizados. Cuando los átomos de hidrógeno ionizados entran en contacto con las yemas gustativas dan la sensación de un sabor agrio.

En un buen número de casos, las sustancias amargas son sales inorgánicas de alto peso molecular, en otros casos son moléculas orgánicas que tienen añadidas cadenas carbónicas.

Los compuestos llamados sales de bajo peso molecular, tienen sabor predominantemente salado y las sales con alto peso molecular son principalmente amargas.

En general, las sustancias que nos dan la impresión de tener sabor dulce están formadas de compuestos orgánicos como los alcoholes, azúcares, glicoles, etc. La sensación de dulce también se debe a la forma en que estén arreglados los átomos en las moléculas.

7.3.- ¿Qué factores pueden alterar el sentido del gusto?

Uno de estos factores, es la temperatura. Si probamos una sustancia que esté a muy baja temperatura casi no sentiremos su sabor. En general, la lengua será capaz de distinguir sabores si la temperatura de la sustancia es igual o muy parecida a la temperatura del cuerpo.

El enmascaramiento de sabores. Así, al mezclar azúcar al café se trata de enmascarar el sabor amargo del café. En este caso, la lengua no es capaz de distinguir los sabores individuales de las sustancias mezcladas.

La adaptación. Si una sustancia ha estado en la boca durante algún tiempo, entonces, en muchas ocasiones, la lengua pierde la sensibilidad a otros sabores y si se prueba otra sustancia dejamos de sentir su sabor o nos da la sensación de que tiene un sabor que no debería tener.

Tema 8: OLFATO. 

8.1.- Defina el concepto del sentido del olfato.

Es el sentido que nos permite oler. Este fenómeno ocurre cuando ciertas sustancias se introducen en la nariz y tenemos la sensación de oler. Antes de que podamos oler cualquier cosa, las sustancias que se desprenden de ésta deben llegar a nuestra nariz. En general, las moléculas olorosas experimentan dos procesos antes de llegar a nuestra nariz. El primero de ellos ocurre cuando las moléculas se desprenden de la sustancia en que se encuentran y el segundo al transportarse estas moléculas hasta nuestra nariz.

8.2.- ¿Cuál es el mecanismo mediante el cual podemos percibir los olores?

Cuando un objeto, emite un olor y nos llega a la nariz esto quiere decir que moléculas de dicho objeto se han desprendido de él y llegado, por difusión o arrastre, a nuestra nariz. Estas moléculas entran en la nariz debido a la aspiración que realizamos cuando respiramos. En este proceso, el aire que inhalamos arrastra a las moléculas que están en la vecindad de la nariz. La corriente de aire que entra da lugar a una corriente secundaria que pasa por el epitelio sensitivo. La cantidad de aire y por tanto la fracción de moléculas del objeto oloroso que se deposita en el epitelio es muy pequeña.También llegan corrientes de aire desde la boca. La comida que tenemos en la boca también despide moléculas que son arrastradas hasta el epitelio sensitivo. Este hecho tiene como consecuencia que la sensación predominante al comer provenga no del gusto que se inicia en la lengua sino del olfato. La sensación de oler se experimenta cuando las moléculas aromáticas llegan a la mucosa nasal, en donde se disuelven. Así, estas moléculas entran en contacto con los cilios.

Resumen artículo 10

EFECTOS DE LA CONGELACIÓN EN LAS MEMBRANAS Y PROTEÍNAS EN LAS CÉLULAS TUMORALES DE PRÓSTATA.

Willem F. Wolkers y cols. 2006

La criocirugía se ha convirtiendo en una terapia establecida para combatir el cáncer de próstata, incidiendo una lesión directa en las células cancerosas por congelación. En el artículo se utilizó la técnica de espectroscopía infrarroja y criomicroscopía para definir el proceso de daño celular durante la congelación de células tumorales de próstata. El modelo fue usado para predecir la formación de hielo y deshidratación celular durante condiciones de congelamiento.

Unos de los principales factores que determinan el daño durante la congelación es la deshidratación, velocidad de enfriamiento y de nucleación. Durante el enfriamiento lento, se forma hielo fuera de la célula antes de que se propague dentro de la célula, la formación de hielo deshidrata a la célula y las biomoléculas endógenas son expuestas a altas concentraciones de solutos. Por el contrario la congelación rápida intracelular es letal y los daños son irreversibles, de tal forma se ha sugerido que las células no mueren durante la congelación sino durante descongelación. Durante el proceso las proteínas y los lípidos están expuestos a las especies reactivas de oxígeno, debido a sistemas enzimáticos,

Los resultados mostraron que la formación de hielo intracelular se evita cuando la nucleación se logra entre 0 y -4 º C. En la nucleación temperaturas inferiores a -4 ° C, el porcentaje aumenta la formación de hielo, y en las temperaturas de nucleación por debajo de -6 ° C, la incidencia de formación de hielo intracelular es 100%.

El perfil de desnaturalización es específico de células o tejidos y se puede utilizado como una huella digital térmica

El perfil de la desnaturalización de las células congeladas resultó ser muy parecida a la de las células no congeladas, lo que sugiere que durante la congelación sólo hubo efectos menores en la estructura secundaria de proteínas.

Resumen Artículo 9

La exposición de etanol disminuye la permeabilidad de la membrana mitocondrial externa, en hepatocitos de rata.

Ekhson Holmuhamedov, John J. Lemasters. 2008.

La exposición aguda de etanol induce una disfunción mitocondrial en los hepatocitos, generando un aumento en la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS), aumento de la peroxidación lipídica y supresión de la oxidación de ácidos grasos, actualmente se desconocen esos mecanismos.

El intercambio de metabolitos entre el citoplasma y el espacio intermembranal mitocondrial se produce principalmente a través de canales iónicos dependientes de voltaje (VDAC). En este artículo proponen que el cierre de VDAC podría explicar la supresión de generación de ATP mitocondrial y la oxidación de ácidos grasos después de etanol.

Se aíslan hepatocitos de ratas Sprague-Dawley en ayunas, fueron permeabilizados con digitonina durante 10 minutos, evalúan la actividad de enzimas como lactato deshidrogenasa y adenilato quinasa, tasa respiratoria, marcan los hepatocitos con fluorescencia y se observaron al microscopio.

Bloquearon los VDAC con un polianión, lo que promovió la permeabilidad de los hepatocitos, la exposición aguda de etanol también se redujo la respiración mitocondrial y la accesibilidad de adenilato quinasa.

Con estos resultados demostraron que la exposición aguda de etanol disminuye la permeabilidad de la membrana mitocondrial externa, debido a la inhibición de VDAC.

Resumen artículo 8

INTRODUCCIÓN A LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Y OZONO.

El sol provee a nuestro planeta de energía, la cual proviene de una zona, llamada fotosfera o corteza, esta radiación emitida por el sol comprende una variada gama de longitudes de onda como: rayos gamma, ondas de radio, rayos X, ultravioleta (UV), visible, infrarrojo (IR) y microondas.

Los procesos bioquímicos tienen su origen en la energía proveniente del sol, pero esta radiación también puede causar daños a la salud. La radiación UV procedente del sol es absorbida por la atmósfera debido a la capa de ozono, impidiendo así el daño en los organismos biológicos, la radiación UV también tiene efectos benéficos para animales (síntesis de vitamina D) y plantas (fotosíntesis). La atmosfera también juega un papel fundamental en la distribución del calor a partir de corrientes meteorológicas.

Existen varios tipos de radiación UV: UV-A que es la más cercana a la región del espectro visible (320-400 nm), la UV-B (280-320nm) y la UV-C (<280 nm). Actualmente se tiene bastante interés en la investigación de la radiación UV ya que debido a la actividad industrial, deforestación y utilización de productos químicos la capa de ozono se ha visto afectada provocando enfermedades de la piel, desde irritación hasta cáncer

Las radiaciones UV-B son las más sensibles a cambios en el contenido de ozono de la atmósfera, el desequilibrio en sus niveles provocarán un grave impacto biológico sobre los seres vivos. Ya que puede afectar directamente al DNA lo que puede provocar efectos mutagénicos, así como provocar muchas y muy variadas enfermedades como: fotosensibilidad, discromías, envejecimiento actínico, engrosamiento del estrato córneo, etc. Y en las plantas se podría inhibir la fotosíntesis, lo que a su vez provocaría un desequilibrio del O₂-CO₂ de la atmósfera.

El factor de protección solar (FPS) es la relación entre el tiempo necesario para la aparición de un eritema, usando un filtro solar y el tiempo necesario para generar el mismo eritema sin el filtro. Dependiendo del tipo de piel, la edad y el tiempo de exposición varía el valor del FPS. Se pueden usar cremas con filtro solar para evita el riesgo de contraer insolaciones o cáncer de piel, así como usar sombreros, gafas de sol, tomar bastante agua y tener precauciones antes y después de la exposición a los rayos solares.

Resumen Artículo 7

FOTOSÍNTESIS

Leonor Carrillo

La fotobiología comprende una franja estrechísima de 300 a 1100 nanómetros, de la que dependen la visión, ciclos circadianos, floración, y la fotosíntesis que es la conversión biológica de la energía solar en energía química.

Los límites energéticos de la fotobiología se sitúan más o menos, entre 100 y 400 kJ/mol de fotones, siendo las radiaciones de longitud de onda inferior a 300 nm, el 83% de esa radiación solar cae dentro de los márgenes de la fotobiología, con un máximo hacia 575 nm. Las plantas contienen cloroplastos, dentro de los cloroplastos se encuentran los tilacoides, dentro de estos los grana que es en donde se encuentran los citocromos en donde se transfieren los electrones impulsados por la luz de un compuesto a otro, a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de electrones.

La clorofila oxidada actúa como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético.

Los pigmentos fotosintéticos se encuentran organizados, estructural y funcionalmente en distintos tipos de clorofila pero todos tienen un anillo tetrapirrólico cíclico (porfirina) con un átomo de magnesio en el centro.

Estos pigmentos se excitan por los fotones absorbidos y transfieren la energía de excitación a otras moléculas vecinas en algunos picosegundos.

La molécula de agua se oxida: 2H₂O O₂ + 4e + 4H+. La energía necesaria para la fotólisis, a pH 7, es Go'= 479 kJ por cada 2 moles de H₂O. Estrechamente acoplada al flujo de protones se encuentra la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi: ADP + Pi ATP + H₂O; que al estar asimismo promovida por la luz se denomina fotofosforilación.

La ruta de asimilación del CO₂, se conoce como ciclo de Calvin. En resumen, las tres fases del ciclo reductivo de las pentosa-fosfato o ciclo de Calvin conducen a la formación neta de una molécula de gliceraldehído-3-fosfato a partir de tres moléculas de CO₂, para lo cual se requiere el aporte de un total de seis moléculas de NADPH y nueve de ATP.