Composición química de la célula
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El documento proporciona una visión integral sobre la química celular, describiendo la estructura básica del átomo, los elementos más comunes en los organismos, y los tipos de enlaces que forman sustancias biológicas. Se destacan conceptos clave como la polaridad del agua, la importancia de los enlaces de hidrógeno, y la función de biomoléculas como carbohidratos, lípidos y proteínas en los organismos. Además, se aborda el pH y la función de los tampones en la regulación del ambiente biológico.
Composición química de la célula
- 1. Autor: Jay Phelan; traducido, adaptado y modificado por Gustavo Toledo C. Prof. Biología, San Fernando College ¿Qué es la vida? A Guide To Biology First Edition Unidad 1-La célula: Unidad básica de los seres vivos Tema 2: Composición química de la célula © 2012 W. H. Freeman and Company
- 2. EL ÁTOMO: ESTRUCTURA BÁSICA núcleo Hidrógeno Carbono 1 Protón 6 Protones Hay fuerzas de atracción 0 Neutrones 6 Neutrones 1 Electrón 6 Electrones entre las cargas positivas y negativas que núcleo: mantienen a los Electrones (negativos) Protón Neutrón Electrón moviéndose muy rápidamente cerca del núcleo (positivo).
- 3. UNA CLAVE PARA LOS ELEMENTOS NÚMERO ATÓMICO El número de Protones encontrado en el núcleo del átomo SÍMBOLO DEL ELEMENTO Nombre abreviado NOMBRE DEL ELEMENTO MASA ATÓMICA Masa combinada de protones y de Neutrones Tabla periódica de los elementos CÓDIGO DE COLOR DE LOS ELEMENTOS Los siguientes colores son usados en este power point para los elementos comúnmente hallados en los organismos. Hidrógeno Carbono Nitrógeno oxígeno Sodio Fósforo Azufre Cloro Potasio Calcio
- 4. ELEMENTOS “TOP TEN” ENCONTRADOS EN TU CUERPO Porcentaje(%) de la composición del cuerpo LOS “4 GRANDES” 96% de tu cuerpo está compuesto de estos 4 elementos: oxígeno (65%) Carbono (18.5%) Hidrógeno (9.5%) Nitrógeno (3%) OTROS (4%) Calcio Azufre Fósforo Sodio Potasio Cloro • Cantidades traza(menos del 0.1%) de otros 15 elementos también se hayan en tu cuerpo
- 5. Esta imagen tiene una animación encriptada relacionada EL ÁTOMO, ENLACES, etc. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point. NUBE ELECTRÓNICA Y ESTABILIDAD DEL ÁTOMO ORBITALES ELECTRÓNICOS Los Electrones se mueven alrededor del núcleo en áreas designadas llamadas orbitales electrónicos. Un átomo puede tener un total de siete orbitales de electrones. Primer orbital (capacidad: 2 Electrones) Segundo orbital (capacidad: 8 Electrones) Vacante Las características químicas de un átomo dependen del Nº de electrones de su capa más externa.
- 6. NUBE ELECTRÓNICA Y ESTABILIDAD DEL ÁTOMO ESTABILIDAD DEL ÁTOMO Los átomos se estabilizan cuando su capa más externa llena su capacidad. Los Átomos estables tienden a no reaccionar o combinarse con otros átomos. Átomos inestables Átomos estables Átomo de Hidrógeno Átomo de Helio Átomo de Nitrógeno Átomo de Neón Sólo cuando los átomos tienen vacantes para algunos electrones en su capa más externa, son propensos a interactuar con otros átomos.
- 7. LOS IONES SON ÁTOMOS CARGADOS Un átomo que pierde uno o más Electrones se carga positivamente, mientras que un átomo que gana Electrones se carga negativamente. Esta transferencia de electrones es impulsada por el hecho de que los átomos con los orbitales electrónicos exteriores llenos son más estables. Electrón donado Na Cl Ión Sodio Ión Cloro 11 Protones 17 Protones 11 Neutrones 17 Neutrones 10 Electrones 18 Electrones CARGA NETA Positiva Negativa
- 8. ENLACES COVALENTES 1. Los Átomos de H son más estables cuando su capa electrónica exterior tiene completa su capacidad de electrones. Se puede lograr esto compartiendo Átomo de Átomo de electrones mediante un Hidrógeno Hidrógeno enlace covalente. 2. Los núcleos se acercan y los dos Electrones empieza a orbitar alrededor de ambos núcleos. La nueva molécula de H2 es muy Molécula de H2 estable.
- 9. ENLACES COVALENTE OTROS EJEMPLOS DE ENLACES COVALENTES Molécula de Molécula de CH4 O2 (metano) Hay diferentes maneras de representar las moléculas. Cada átomo de Oxígeno comparte dos Electrones. Esto es llamado un doble enlace. Modelo de Modelo Modelo “Lewis” “esfera y varilla” “espacial compacto
- 10. ENLACE IÓNICO Electrón donado 1 Un átomo transfiere uno o más Electrones IÓN Sodio IÓN Cloro al otro. Esto genera CARGAS OPUESTAS SE ATRAEN dos iones de carga opuesta. Cristales de NaCl(Sal) Compuesto: NaCl 2 Los dos iones con Estructura de carga opuesta se atraen, un cristal de formando un NaCl compuesto. Cuando múltiples iones de Na+ y de Cl– se unen, se forma la estructura de un cristal de NaCl.
- 11. ENLACES DE HIDRÓGENO En el agua, el núcleo de Hidrógeno, con un solo protón (caga +), no atrae a los Electrones cargados negativamente tanto como lo hace el núcleo más grande del átomo de Oxígeno (que tiene ocho Protones). Como consecuencia, todos los Electrones pasan más tiempo cerca del Oxígeno. Esto hace que parte de la molécula (el lado del oxígeno) sea ligeramente positiva y los lados de los Hidrógenos, ligeramente negativa. Enlaces covalentes Polaridad Molécula de Agua
- 12. ENLACES DE HIDRÓGENO Los Enlaces de Hidrógeno se forman entre los átomos de Hidrógeno ligeramente cargados positivamente de una molécula de agua y los átomos de oxígeno, levemente cargados negativamente de la otra molécula de agua. Enlace de Hidrógeno
- 13. RESUMEN: 3 TIPOS DE ENLACES 1 ENLACE COVALENTE Un fuerte enlace se forma cuando los átomos comparten Electrones con el fin MÁS FUERTE de ser más estables, formando una molécula. FUERZA DE ENLACE Molécula de H2 2 ENLACE IÓNICO Una atracción entre dos iones de carga opuesta, formando un compuesto. Compuesto de NaCl 3 ENLACE DE HIDRÓGENO Una atracción entre la carga levemente positiva del Átomo de hidrógeno de una MÁS DÉBIL molécula y el átomo de oxígeno cargado ligeramente negativo de otra molécula. H2O molécula H2O molécula
- 14. AGUA: ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL ? ¿Cómo pueden estos animales “caminar sobre el agua?
- 15. AGUA: ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL Presión aplicada a la superficie del agua Enlace de Hidrógeno Las moléculas de agua con forma de “V” se mantienen unidas por enlaces de de H. Estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para darle al agua una tensión superficial con propiedades similares a una red.
- 16. AGUA: FUERTE COHESIÓN Debido a las propiedades cohesivas del agua, los 90 m. árboles como la sequoia Molécula de gigante son capaces de agua transportar moléculas de liberada a la atmósfera. agua desde el suelo hasta hojas que están a casi 100 m de altura. Moléculas de agua A medida que cada tiradas molécula de agua se hacia evapora, se “tiran” Tamaño arriba. de un moléculas de agua Molécula de hombre: agua tiradas adicionales a través del 1,7m hacia el árbol debido a lo sistema "pegajoso” que son los radicular. enlaces de hidrógeno que unen las moléculas de agua.
- 17. AGUA: ALTA CAPACIDAD CALÓRICA 1 El Calor (energía) del 2 Se forman nuevos enlaces 3 Debido a que la energía 4 Por otro lado, las sol rompe algunos de los de Hidrógeno casi tan rápido térmica del sol se utiliza en moléculas que componen enlaces de hidrógeno como se rompen. la ruptura y en la formación la arena, no tienen tantos entre las moléculas de de enlaces de Hidrógeno, la enlaces de Hidrógeno, por agua. temperatura del agua no lo que el calor del sol sólo Enlaces rotos aumenta mucho. aumenta su temperatura. Enlaces nuevos formados Sol El sesenta por ciento de tu cuerpo es agua. Esto te ayuda a mantener una temperatura corporal relativamente constante.
- 18. AGUA: BAJA EN SU DENSIDAD AL CONGELARSE AGUA CONGELADA Los enlaces de Hidrógeno organizan a las moléculas de agua en una red cristalina, manteniéndolas ligeramente más separadas y, por lo tanto, menos densa. AGUA LÍQUIDA Las moléculas de agua se mueven libremente, lo que les permite estar más cerca unas con otras. ÁREA RELATIVA OCUPADA POR EL MISMO NÚMERO DE MOLÉCULAS DE H2O: Congelada Líquida
- 19. AGUA:UN BUEN SOLVENTE Cristales de Cuando se ponen en agua, los compuestos iónicos, tales como el NaCl NaCl se disocian en iones independientes de (sal común) Na+ y Cl-. Los iones Na+ cargados positivamente son atraídos hacia el lado de carga negativa de la molécula de H2O, mientras que los iones Cl- con carga negativa son atraídos por el lado cargado positivamente. Na+ Iones de Na+ y Cl- disueltos Cl– Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con el tema del título. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. No está al principio sino que un poco más abajo del subtítulo: EL AGUA COMO DISOLVENTE.
- 20. Esta imagen tiene una animación encriptada relacionada con las propiedades del agua. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point.
- 21. LA ESCALA pH Ión H+ agua Ión OH– ÁCIDOS BASES Los ácidos son fluidos que tienen una mayor Las bases son fluidos que tienen una mayor proporción de proporción de los iones H + iones OH-. iones OH- que de iones H+ • iones H + son muy reactivos. • Los iones OH- se unen con los iones H+, neutralizando • Los ácidos fuertes son corroen los metales. ácidos. • Las bases fuertes son cáusticas para tu piel. • Los ácidos descomponen los alimentos en • Las Bases se pueden encontrar en muchos productos de el tracto digestivo. limpieza. • Los ácidos son generalmente de sabor ácido • Las bases son generalmente de sabor amarga y jabonosas. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ácido batería Cerveza Agua Blanqueador Bicarbonato Café Amoníaco Soda Sangre La Soda, con un pH cercano a 3, ¡ es 10.000 veces más ácida que un vaso de agua, con un pH de 7 ! Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con el pH. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Puede que se demore en cargarse, dependiendo de su conexión a internet.
- 22. LOS TAMPONES EN LA SANGRE ESTABILIZAN EL pH Cuando el pH sanguíneo Cuando el pH sanguíneo llega a ser muy ácido... llega a ser muy básico... 7 7 0 14 0 14 Un tampón químico absorbe Un tampón químico el exceso de iones H+. libera iones H+. H+ H+ El pH sanguíneo retorna al normal. 7 0 14 http://coursewareobjects.elsevier.com/objects/mccance5e_v1/McCance/Module02/M02L05S34a.html?hostType=undefined&authorName=Mccance&prodType=undefined
- 23. Esta imagen tiene una animación encriptada relacionada biomoléculas orgánicas. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
- 24. CARBOHIDRATOS Los Carbohidratos, tal como la glucosa (mostrada a la derecha), están compuestos por 3 elementos: glucosa Los enlaces Carbono-Hidrógeno C6H12O6 de los Carbohidratos almacenan mucha energía la cual es fácilmente liberada por los organismos. Símbolo para la glucosa, ENERGÍA usada aquí Los Carbohidratos son la fuente principal de combustible para las actividades celulares.
- 25. ALGUNOS MONOSACÁRIDOS COMUNES glucosa Fructosa Galactosa C6H12O6 C6H12O6 C6H12O6
- 26. LA GLUCOSA EN TU SANGRE La glucosa en tu sangre (azúcar sanguíneo) Energía necesaria Energía no necesaria Los enlaces moleculares son Energía almacenada rotos por tus Corto plazo Largo plazo células. 1 Libera: 2 Se unen para 3 Convertida a formar: grasa: ENERGÍA lípido Glucógeno
- 28. ? ¿Por qué las personas que hacen dieta pierden grandes cantidades de “masa de agua” durante los primeros días de una dieta? moléculas de agua Glucógeno Cada gramo de glucógeno almacenado tiene cerca de cuatro onzas de agua, unidas a la molécula de glucógeno.
- 29. CARBOHIDRATOS COMPLEJOS FORMACIÓN Enlace(s) formado entre azúcares simples. Glucosa Fructosa Sacarosa almidón DISACÁRIDOS (Azúcar de mesa) (consta de cientos POLISACÁRIDOS moléculas de Glucosa) Carbohidratos complejos Carbohidratos formados por la unión de complejos formados por dos azúcares simples. la unión de muchos azúcares simples. DIGESTIÓN Enlace(s) rotos(s) entre azúcares simples. Azúcares descompuestos azúcares descompuestos ENERGÍA ENERGÍA
- 30. Dependiendo de su estructura, los carbohidratos de la dieta puede conducir a un aumento rápido, pero breve; o lento, pero persistente aumento del azúcar sanguíneo. Nivel de azúcar sanguíneo Nivel de azúcar sanguíneo Fructosa Carbohidratos complejos Tiempo Tiempo
- 32. Aunque no es digerible en los humanos, la fibra ayuda a la digestión y tiene numerosos beneficios para la salud.
- 34. INTRODUCCIÓN A LOS LÍPIDOS CARACTERES TÍPICOS DE LOS LÍPIDOS • moléculas que no se disuelven en el agua • Grasosas al tacto • Fuente significativa de almacenamiento de energía
- 35. INTRODUCCIÓN A LOS LÍPIDOS TRES TIPOS DE LÍPIDOS GRASAS ESTEROLES FOSFOLÍPIDOS FUNCIÓN FUNCIÓN FUNCIÓN Energía de largo Regulan el Forman la plazo, almacenaje y crecimiento y membranas que aislamiento. desarrollo rodean a las células.
- 36. ESTRUCTURA DE LAS GRASAS (TRIGLICERIDOS) Las grasas están compuestas Cabeza: principalmente de tres Glicerol elementos Colas: Ácidos La energía es almacenada en grasos los enlaces C-H. ENERGÍA Símbolo para grasa (triglicérido) usado aquí.
- 37. Debido a que las grasas almacenan grandes cantidades de energía, los animales han desarrollado una preferencia por el sabor fuerte de las grasas más que de otras fuentes de energía.
- 38. GRASAS SATURADAS En las grasas saturadas, cada Carbono en la cadena Hidrógeno-Carbono se une a dos átomos de hidrógeno. Los ácidos graso de cadena lineal pueden ser estrechamente empacados. Como resultado, las grasas saturadas son sólidas a Tº ambiente.
- 39. GRASAS NO SATURADAS En las grasas insaturados, hay una flexión en la Doble cadena hidrocarbonada, enlace ya que al menos un C está Los ácidos grasos torcidos no pueden unido a un solo H. Esto ser empacados herméticamente juntos, lo que da como resultado que las introduce desorden en el grasas insaturadas sean líquidas a Tº empacado. ambiente.
- 40. HIDROGENACIÓN La Hidrogenación es la adición artificial de átomos de hidrógeno a una grasa insaturada. Esto puede mejorar el sabor de un alimento, la textura y vida útil; pero puede empeorar su salud.
- 41. Ácido graso trans Ácido graso parcialmente Insaturado hidrogenado (forma cis) (forma trans) Las grasas hidrogenadas trans aumentan el riesgo de enfermedades cardíacas.
- 42. ESTEROLES COLESTEROL • Componente importante de las membranas celulares en animales • Se pueden fijar a las paredes de los vasos sanguíneos, los cuales se engrosan, lo que puede conducir a Todos los Esteroles una presión arterial alta, derrame tienen como base la cerebral y ataque al corazón. estructura de 4 anillos de Carbono. HORMONAS ESTEROIDES • Regulan el desarrollo sexual, Estrógeno madurez y producción de células sexuales. • Estrógeno influye en la memoria, ánimo • Testosterona estimula el desarrollo muscular. Testosterona
- 44. FOSFOLÍPIDOS FOSFOLIPIDOS EN AGUA (atraídas por el agua) Cabeza hidrofílicas Agua Cabezas hidrofílicas Grupo fosfato Ácido grasos Colas hidrofóbicas (no atraídas por el agua) Colas hidrofóbicas Los fosfolípidos se alinean de una forma que sus cabezas hidrofílicas se extienden hacia el agua, mientras que sus colas hidrofóbicas están dirigidas alejándose del agua. Símbolo para fosfolípido usado aquí.
- 46. DIVERSIDAD PROTEICA Las proteínas realizan una variedad de funciones diferentes. Todas ellas, sin embargo, se construyen de la misma manera y de las mismas materias primas en los organismos. Pelo, uñas, plumas, cuernos, ESTRUCTURAL cartílagos, tendones Ayudan en la lucha contra PROTECTORA microorganismos invasores; coagulan la sangre. Controlan la actividad celular; REGULADORA constituyentes de algunas hormonas. Permiten la contracción CONTRÁCTL muscular, el bombeo del corazón, el nado del espermatozoide. Transportan moléculas, tal como TRANSPORTE oxígeno, alrededor de tu cuerpo.
- 47. AMINO ÁCIDOS Grupo Amino Cadena lateral La cadena lateral es la única parte de cada uno de los 20 aminoácidos que varía en tamaño, forma y carga. EJEMPLOS DE CADENAS LATERALES Glicina Alanina Grupo Carboxilo Símbolo para amino ácido usado aquí. Triptófano
- 48. Platos tradicionales en muchas culturas combinan proteínas, que reúnen todos los aminoácidos esenciales.
- 49. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS ESTRUCTURA ESTRUCTURA ESTRUCTURA ESTRUCTURA PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA CUATERNARIA La secuencia de aminoácidos El giro tipo sacacorchos o El complejo tridimensional Dos o más cadenas en una cadena polipeptídica, pliegues plisados formados por formado por múltiples giros y polipeptídicas unidas. similar a la secuencia de letras enlaces de hidrogeno entre los curvas de la cadena de que forman una palabra aminoácidos de la cadena polipéptido basada en las interacciones entre las cadenas específica. polipeptídica laterales. Enlaces peptídicos Amino ácidos Enlaces de Hidrógeno
- 50. Proteína Normal Proteína Desnaturalizada Un ambiente extremo (calor, pH) desarticula la forma y función de la proteína. Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con la desnaturalización de las proteínas que la McGraw Hill mantienen en la WEB. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación.
- 52. REACCIONES QUÍMICAS FACILITADAS POR LAS ENZIMAS Substrato Las enzimas pueden ayudar a llevar a cabo Sitio reacciones químicas en 1 Cada enzima tiene un sitio activo que activo tiene un ajuste perfecto para su sustrato. Lactosa una variedad de maneras. La enzima lactasa, por Lactasa ejemplo, rompe el azúcar 2 Como una llave en una cerradura, la lactosa de la leche en dos lactosa se ajusta en el sitio activo de la azúcares simples que lactasa. Se rompe el enlace entre los pueden ser usados para azúcares simples. Glucosa transformarlos en energía. 3 Así, son liberados los dos azúcares Galactosa simples que forman la lactosa. INTOLERANCIA A LA LACTOSA Con sólo una ligera alteración en el sitio activo de una enzima se puede afectar su funcionamiento. Si la enzima lactasa no es sintetizada de una forma correcta, un individuo no puede digerir adecuadamente la leche; una condición llamada intolerancia a la lactosa.
- 54. ÁCIDOS NUCLEICOS (EN DNA) AZÚCAR-FOSFATO BASES NITROGENADAS Grupo Adenina fosfato ÁCIDO NUCLEICO: ESTRUCTURA Bases Timina azúcar- fosfato Guanina Un nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar y una base nitrogenada. Citosina
- 55. ÁCIDO DESOXIRIBONUCLEICO (DNA) DOBLE HÉLICE Dos columnas de fosfato- azúcar, enrolladas helicoidalmente una alrededor de la otra, forman la estructura vertical del ADN. Las columnas están conectadas por las bases que sobresalen de sus moléculas de azúcar. BASES PAREADAS Las bases del ADN están conectadas por puentes de H. Puentes de Hidrógeno Adenina Timina Guanina Citosina Adenina SIEMPRE se parea con la timina, y la Guanina SIEMPRE se parea con la citosina.
- 56. ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA) ESTRUCTURA DEL RNA Hay tres diferencias estructurales entre el RNA y el DNA. Uracilo 1 La molécula del 2 El RNA tiene sólo 3 En vez de timina, el azúcar en la hebra una columna de RNA tiene una base contiene un azúcar-fosfato, similar llamada oxígeno extra. mientras que el DNA uracilo. tiene dos.
- 57. ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA) RNA: FUNCIÓN RNA actúa como una molécula intermediaria. Toma instrucciones para la producción de una proteína desde el DNA y luego se mueve hacia otra parte de la célula para dirigir la síntesis (construcción) de una proteína. DNA RNA Proteína
Notas del editor
- #23: http://coursewareobjects.elsevier.com/objects/mccance5e_v1/McCance/Module02/M02L05S34a.html?hostType=undefined&authorName=Mccance&prodType=undefined
- #42: ¿Qué son las grasas trans? Las grasas trans son ácidos grasos insaturados que se forman cuando los aceites vegetales se procesan y se transforman en más sólidos o en un líquido más estable. Este proceso se llama hidrogenación. Las grasas trans también se encuentran naturalmente en algunos alimentos. Las grasas trans de todas las fuentes proporcionan entre 2% y 4% por ciento del total de calorías, a diferencia del 12 % que proporcionan las grasas saturadas y el 34% de las grasas totales en la dieta del estadounidense medio. La mayoría de las grasas trans provienen de los alimentos procesados. Aproximadamente 1/5 de las grasas trans de nuestra dieta proviene de fuentes animales como por ejemplo, ciertas carnes y productos lácteos. ¿Qué alimentos contienen grasas trans? Las grasas trans están presentes en diferentes cantidades en una amplia variedad de alimentos, como lo son por ejemplo la mayoría de los alimentos hechos a base de aceites parcialmente hidrogenados, como lo son los productos horneados, fritos, y la margarina. Las grasas trans también se encuentran naturalmente en ciertas carnes y productos lácteos. ¿Por qué hay grasas trans en los alimentos? Las grasas trans se forman cuando un aceite es parcialmente hidrogenado. El proceso convierte a los aceites en un líquido más estable o en un elemento semisólido. Los aceites parcialmente hidrogenados se usan en los alimentos procesados porque ayudan en la fabricación de productos alimenticios de alta calidad; que se mantienen frescos durante más tiempo y tienen una textura más apetitosa. No siempre es posible reemplazar a los aceites no hidrogenados debido a las diferencias en las maneras en que dichos aceites funcionan para producir alimentos aceptables. Por ejemplo, al usar aceite vegetal parcialmente hidrogenado para elaborar algunas margarinas, los fabricantes pueden producir un aderezo untable que tiene menor contenido de grasa saturada que la manteca y que se puede usar bien si lo retira del refrigerador. De la misma forma, los fabricantes pueden producir grasa para freír papas, hojaldradas bases para tartas y crocantes galletas saladas. Los productos que se fabrican con aceites parcialmente hidrogenados no se ponen rancios (las grasas adquieren un sabor extraño) tan rápidamente como aquéllos que se fabrican usando aceites no hidrogenados. Los alimentos que contienen estos aceites deben mencionar en su etiqueta nutricional "aceite vegetal parcialmente hidrogenado".