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7/21/2019 Interacciones electroestáticas
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POR:Montserrat Olivo Rodríguez
Isabel Velázquez Contreras
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OBJETIVOS
Establecer por qué son importantes lasinteracciones electroestáticas o Coulómbicas deltipo 1/r en los sistemas biofísicos.
Describir sistemas biofísicos en los cuales lasinteracciones electroestáticas jueguen un papelfundamental.
Establecer qué tipo de propiedades físicas puedeninferirse de este tipo de sistemas.
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Son mportantes en los sistemas biológicos y endiversos sistemas supramoleculares, debido a queson de mayor alcance y su fuerza es dependiente
de las orientaciones relativas que puedan adoptar V= potencial electrostáticade un grupo m de cargas puntuales J y K.£= constante de permeabilidad
rjk = distancia entre las cargas
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LEY DE COULOMB
Las interacciones electroestáticas estánrepresentadas por la Ley de Coulomb, la cualestablece que la fuerza de atracción entre dospartículas de cargas q1 y q2 está dada por:
=12
Donde r = la distancia entre las cargask= constante de Coulomb = 9x10^9 Nm^2/C^2
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INTERACCIONES ELECTROESTÁTICAS
Existen una gran variedad de interaccioneselectroestáticas de importancia biológica, sinembargo algunas de las más relevantes son:
Interacciones ión – ión Interacciones ión – dipolo Interacciones por puentes de hidrógeno
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INTERACCIONES IÓN – IÓN
Son conocidas como unióniónica.
Incluyen la fuerza atractiva o derepulsión entre grupos funcionales con
carga neta.
Se dan en las biomoléculasque poseen gruposfuncionales que presentancarga positiva o negativaneta en solución acuosa, a
pH fisiológico.
Pueden ser tanto de atraccióncomo de repulsión.
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INTERACCIONES IÓN – IÓN
Un ejemplo sonlas interaccionesentre los grupos
funcionalesionizados de las
proteínas.
Estasinteracciones
contribuyen enel plegamientode las cadenas
de las proteínas.
La dependenciade la energía conla distancia deseparación de
las cargasdepende del
factor r-1.
La presencia deun solvente
ejerce un efectoseparador entre
las cargas designo opuesto.
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Fig. 1. interacciones ion-ion entre grupos con carga neta en un fragmento de proteína.Tomado de http://biomodel.uah.es/
INTERACCIONES IÓN – IÓN
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INTERACCIÓN IÓN – DIPOLO
Los iones de unasustancia puedeninteractuar con los
polos de lasmoléculascovalentes polares.
Muchas moléculas deimportancia biológicapresentan cargaseléctricas netas a pHfisiológico, como el
ADN algunosfosfolípidos, las
proteínas.
Estos gruposfuncionales con cargaeléctrica netaestableceninteracciones ion-dipolo con lasmoléculas de agua quelas rodean, y esainteracción contribuyea estabilizarlas.
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INTERACCIONES IÓN – DIPOLO
Un ejemplo lo constituyen las interacciones entre losgrupos fosfato (-O-PO3
-) y alquil amonio (R-NH21+)
de los fosfolípidos que constituyen la membranacelular. Estas interacciones explican la vinculación de
las bicapas lipídicas con la fase acuosa dentro y fuerade la célula.
Fig. 2. Fosfatidilcolina. Un fosfolípido de membrana celular. Grupos
con carga neta. Tomado de http://www.lipidmaps.org/
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INTERACCIONES IÓN – DIPOLO
Estasinteracciones
tienen un valorde energía: 50-200 kJ.mol-1.
Se libera esa
cantidad deenergía cada vezque se establecenlas interaccionesion-dipolo enuna población
que contiene unmol de iones.
La energía de la
interacción ion-dipolo varíarespecto ladistancia
(r) entre el ion yel dipolo que
interactúan, enfunción de r-2
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INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO
El puente hidrógeno es una forma deasociación entre un átomoelectronegativo y un átomo de Hasociado a otro átomo relativamenteelectronegativo.
Se le llama puente de hidrógenomoderado al que se da entre gruposdonadors y aceptores neutros, a travésde pares de e- no enlazantes de losaceptores.
Estos son los puentes de hidrógeno quese dan en las macromoléculasbiológicas.
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INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO
Es particularmente importante el puente H que se estableceentre un grupo carbonilo (R2C=O) y un grupo H-N-R, en lasproteínas, que es el causante de los dos plegamientos principalesque se consideran estructuras secundarias de las proteínas: lahélice alfa y la hoja plegada beta.
Fig.4. Puente H en las proteínas
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INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO
Fig. 4. Hoja plegada β. Puente H entre grupos carbonilo
y amino.
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INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO
IMPORTANCIA DEL PUENTE H:
Según Steiner (2002), el puente H es la interacción direccional másimportante. Determina conformaciones e importantes funciones,tanto en estructuras inorgánicas como biológicas. La estructura
secundaria de las proteínas (hélice alfa y hoja plegada beta) y ladoble hélice del ADN y su replicación, dependen de la formación depuentes H.
Fig.5. Representación de los enlaces por puente dehidrógeno entre las bases nitrogenadas del DNA.
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CONCLUSIONES
Las interacciones electrostáticas atractivas pueden serdescritas por la Ley de Coulomb.
La energía correspondiente a una interacción atractivacomo las estudiadas, se libera cuando la interacción se
produce. Es posible comprender porqué se puede decir que cuando se
producen estas interacciones atractivas dentro de unapoblación de moléculas o iones, se estabiliza el sistema: laenergía correspondiente a las interacciones que seproducen, sale del sistema, y éste queda con menor nivelenergético, más estabilizado.
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REFERENCIAS
Brown Theodore L. Química la ciencia central. PearsonEducación, México, 2004.
Estructura de macromoléculas. Departamento de químicafísica. Facultad de ciencias. Universidad de Granada.
Interacciones electroestáticas. Recuperado dehttp://www.ugr.es/~olopez/estruct_macromol/fuerzas/IE1.PDF
Enriqueta María A. Guía de estudio T2. Interaccionesintermoleculares no enlazantes. Estructura y propiedadesfísicas. Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.Cátedra de química orgánica 2014.