INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA Yolanda Salazar Granizo
BIOQUÍMICA
http://www.youtube.com/watch?v=itWLaLat8LU
BIOQUÍMICA
El término Bioquímica fue acuñado por el fisiólogo y químico alemán Felix von Hoppe- Seyler (1825- 1895), quien en 1866 orientó en la Universidad de Tübingen la primera cátedra de fisiología química organizada en la comunidad científica.
El objeto de estudio de la Bioquímica
La bioquímica es la ciencia que explica la vida utilizando el lenguaje de la química, estudia los proceso biológicos a nivel molecular empleando técnicas químicas, física y biológicas.
El objetivo fundamental de la bioquímica consiste entonces, en estudiar la estructura, organización y las funciones de los seres vivos desde el punto de vista molecular.
El objeto de estudio de la BioquĂmica
Durante el trabajo de laboratorio en bioquĂmica, se hace necesario poner adecuadamente en practica las normas de seguridad
El objeto de estudio de la Bioquímica La bioquímica puede dividirse en tres grandes campos de estudio:
Estructural: estudia la composición, conformación, configuración, y estructura de las moléculas de las células, relacionándolas con su función bioquímica. Metabólica: estudia las transformaciones, funciones y reacciones químicas que sufren o llevan a cabo las moléculas en los organismos vivos. Molecular: estudia la química de los procesos y moléculas implicados en la transmisión y almacenamiento de información biológica.
Bioquímica un lenguaje común
Disciplinas científicas relacionadas con la bioquímica Genética Fisiología Inmunología Farmacología y Farmacia Toxicología Patología Microbiología Medicina Enfermería Nutrición Ciencias de la salud
Procesos bioquímicos alterados y enfermedad
La organización Mundial de la Salud (OMS) define la salud como el estado de «bienestar físico, mental y social completo, y no solamente la ausencia de enfermedad» Sin embargo desde un punto de vista bioquímico, la enfermedad puede ser entendida como una alteración en los procesos que se realizan dentro de los organismos vivos y que pueden conducir a la muerte de éste.
Bioelementos
Los bioelementos o biogénicos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos. De acuerdo a su abundancia se clasifican en: Primarios: H, C, O , N (representan el 99.3%) Secundarios: Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe (»0,7%) Oligoelementos: Mn, I, Cu. Co, Zn, F, Mo, Se (trazas)
Bioelementos Así mismo, los bioelementos pueden ser clasificados de acuerdo a la función que desempeñan en el organismo: Estructural: mantenimiento en la estructura del organismo (H, O, C, N, P, S) Esquelética: confieren rigidez (Ca, Mg, P, Si) Energética: forman parte de moléculas energéticas (C, O, H, P) Catalítica: catalizan reacciones y procesos bioquímicos (Fe, Co, Cu, I) Osmótica y Electrolítica: mantienen y regulan fenómenos osmóticos y potencial electroquímico (Na, K, Cl)
Biomoléculas Las moléculas constituyentes de los seres vivos se denominan biomoléculas. A su vez, atendiendo a su naturaleza, éstas se pueden clasificar en:
Inorgánicas: agua, gases (oxígeno, dióxido de carbono), sales inorgánicas (bicarbonato) Orgánicas: glúcidos (glucosa), lípidos (colesterol), proteínas (hemoglobina), ácidos nucleicos (ADN y ARN).
Biomoléculas
Las biomoléculas pueden ser también clasificadas de acuerdo con su grado de complejidad así: Precursores: agua, dióxido de carbono (M<50 Da) Intermedios metabólicos: p.ej., piruvato y citrato (M >50 - 200 Da) Unidadesestructurales: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, nucleótidos (M= 100- 300 Da) Macromoléculas: polisacáridos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos. Supramacromoléculas: p.ej., cromatina (ADN y proteína) o membranas (lípidos y proteínas)
Los cromosomas son estructuras discretas, independientes y organizadas de ADN, visibles durante el proceso de división celular.
Homeostasis
Walter Bradford Cannon un fisiólogo estadounidense, en 1932 definió el concepto de homeostasis como la tendencia general de todo organismo a restablecer su equilibrio interno cada vez que éste es perturbado.
Walter Bradford Cannon (18711945) expandió el concepto de homeóstasis formulado inicialmente por el fisiólogo francés Claude Bernard (1913- 1878)
Homeostasis Tal definición se ha ampliado, y hoy se puede entender la homeostasis como el conjunto de mecanismos reguladores que permiten que el ambiente interno de un sistema se mantenga constante y estable. En el organismo humano son importantes los siguientes sistemas de regulación: Regulación de gases respiratorios. Osmoregulación: agua y electrolitos. Termorregulación. Rutas Metabólicas Leonardo da Vinci (1487). El hombre de Vitrubio o Canon de las proporciones humanas
Homeostasis ď ˝
La homeostasis de un organismo involucra una compleja dinĂĄmica entre factores internos, p.ej., el metabolismo y factores externos, p.ej., condiciones de temperatura y disponibilidad de gases
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Estructura Celular La célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. Existen dos tipos principales de células, las procariotas y las eucariotas, éstas últimas siendo sistemas más evolucionados que las primeras. Este sistema general de clasificación responde a la existencia o no de un núcleo delimitado por membranas. En función del número de células que los constituyen, los organismos vivos pueden clasificarse en unicelulares si están constituidos por una única célula, o pluricelulares si los conforman más de una célula. Las células suelen poseer un tamaño que oscila alrededor de los 10 µm y poseen una masa promedio de 1 ng.
Modelo de célula eucariota
Estructura Celular Los postulados de la teoría celular afirman que: La célula es la unidad morfológica de todo ser vivo. Toda célula deriva de una célula procedente. Las funciones vitales (nutrición, crecimiento y multiplicación, diferenciación, evolución), ocurren y son controladas en el interior de las células. Cada célula contiene la información hereditaria necesaria para el control de su propio ciclo, así como para la transmisión de esa información a la siguiente generación celular. http://www.youtube.com/watch?v=hBTImxRZrDM
Tabla Peri贸dica
http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm
Tabla Periódica
La tabla periódica organiza los elementos químicos de acuerdo al valor de su número atómico, y permite agruparlos en función de propiedades químicas y físicas semejantes. Es una herramienta que relaciona las propiedades de los elementos en forma sistemática y ayuda a hacer predicciones con respecto al comportamiento químico.
Reacción Química
Los cambios químicos, a diferencia de los cambios físicos implican el rompimiento y formación de nuevos enlaces, lo que conlleva la transformación de las sustancias. En este sentido, se puede entender por reacción química, como aquel proceso en el que una o más sustancias cambia
En el interior del organismo ocurren gran cantidad de reacciones químicas. Cuando nos alimentamos, el cuerpo metaboliza los nutrientes y obtiene la energía necesaria para realizar todos los procesos vitales.
Tipos de reacciones química Reacciones de combinación: Son reacciones en las que una o más sustancias se combinan para formar un solo producto de reacción.
A+B →C
Tipos de reacciones química
Reacciones de descomposición Las reacciones de descomposición pueden entenderse como el proceso inverso a las reacciones de combinación. De esta forma, son reacciones en las que a partir de una única sustancia reaccionante, se obtienen dos o más sustancias como producto
C →A + B
Tipos de reacciones química
Reacciones de desplazamiento o sustitución Este tipo de reacciones tiene lugar cuando un ion o átomo de un compuesto s reemplazada por un ion o átomo de otro elemento.
AB + C → AC + B
Tipos de reacciones química
Reacciones de intercambio Este tipo de reacciones ocurre cuando dos sustancias diferentes intercambian entre sí un átomo, grupo de átomos o ion, formando así dos nuevas sustancias.
AB + CD → AC + BD
Tipos de reacciones química Reacciones de oxidación-reducción Son aquellas en las que ocurre un cambio en los estados de oxidación de las sustancias reaccionantes. El estado de oxidación es la carga aparente con la que un elemento trabaja en un compuesto o especie química.
Tipos de reacciones química Reacciones de oxidación-reducción
Una sustancia que oxida a otra se conoce como agente oxidante, mientras que una que reduce a otra se denomina agente reductor. En toda reacción de oxidación-reducción hay una sustancia que se oxida y otra que se reduce: nunca se tiene un proceso sin el otro
Tipos de reacciones química
Reacciones de oxidación-reducción
La oxidación del metanol produce formaldehído y ácido fórmico, los cuales son más tóxicos que el metanol. Una ingesta inapropiada de metanol puede originar ceguera y hasta la muerte.
Tipos de reacciones química
Reacciones exotérmicas y endotérmicas
Son reacciones exotérmicas aquellas que liberan energía, mientras aquellas que absorben energía se denominan como endotérmicas. Debe hacerse notar sin embargo, que todas las reacciones químicas requieren una fuente inicial de energía que se denomina energía de activación.
En las bolsas de frío instantáneo se mezclan agua y nitrato de amonio, proceso éste que es endotérmico lo que conlleva a una rápida disminución de la temperatura.
Tipos de reacciones química Reacciones reversibles e irreversibles En una reacción reversible se alcanza un equilibrio dinámico entre los reactantes y los productos, mientras que de otra parte, en una reacción irreversible las sustancias de partida se transforman en los productos no pudiendo de nuevo obtener las sustancias iniciales.
Funciones Químicas
Se llama función química al conjunto de propiedades comunes que caracterizan a un conjunto de sustancias que permiten caracterizarlas y diferenciarlas. Este tipo de sustancias tienen un comportamiento propio y específico en los procesos químicos. Las sustancias que pertenecen a una función química determinada poseen en sus moléculas un átomo o grupo de átomos de constitución análoga que las caracterizan, que se denomina/n grupo funcional.
El vinagre consiste en una mezcla de ácido acético –un ácido orgánico- y agua. Se emplea comúnmente como aderezo o como preservante de alimentos.
Funciones Químicas
Funciones químicas inorgánicas
Carbono
Poco abundante en la corteza terrestre (0.027%). Se encuentra puro (grafito, diamante) y combinado formando sales (carbonatos).
Su importancia radica en su presencia en los seres vivos.
Hace 150 años se le denominó compuesto orgánico.
Gran facilidad para enlazarse con otros átomos pequeños.
La química de los organismos vivos se organiza alrededor del carbono, que representa más de la mitad del peso seco de las células. El carbono puede formar enlaces simples con átomos de hidrógeno y tanto enlaces simples como dobles con los átomos de oxígeno y de nitrógeno.
El dióxido de carbono (CO2) es un componente secundario de la atmósfera. Contribuye al llamado efecto invernadero. Es la fuente de C para todas las moléculas orgánicas halladas en los organismos.
El monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico porque interfiere en la capacidad de la hemoglobina de unirse al oxígeno
Biomoléculas
La mayoría son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y circulares. Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales. Las propiedades químicas vienen determinadas por los grupos funcionales
Moléculas sencillas: metabolitos y unidades estructurales (glucosa, piruvato, ácidos grasos).
Carbono
Enlace Químico
La fuerza que mantiene los átomos unidos en un compuesto se denomina enlace químico y es producto del solapamiento de orbitales atómicos. Existen tres tipos generales de enlace: covalente, iónico y metálico. Los enlaces pueden ser sencillos o múltiples (dobles y triples). Un enlace sencillo consta de un enlace tipo s (sigma); un enlace doble de un s y uno π (pi), y un enlace triple de un s y dos π.
Representación de la estructura atómica indicando las partículas elementales que la constituyen.
Enlace Químico Enlace Covalente: Los átomos pueden formar enlaces es compartiendo electrones. Esos enlaces son llamados enlaces covalente y la colección de átomos resultante de denomina molécula. Si los átomos que comparten pares de electrones tienen un valor igual o cercano en sus electronegatividades, el enlace covalente formado se denomina apolar. Por el contrario, si los átomos poseen valores diferentes en sus electronegatividades la compartición de electrones será desigual y el enlace covalente resultante se denomina polar
Enlace Químico Enlace Iónico: Resulta de la atracción entre iones. Un ion es un átomo o grupo de átomos que tiene una carga neta positiva (cationes) o negativa (aniones). Dado que los aniones y los cationes tienen cargas opuestas, estos se atraen mutuamente. Esta fuerza de atracción electrostática es llamada enlace iónico. Valga señalar que en el enlace iónico no se presenta compartición de electrones, dada la elevada diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en el enlace
Representación estructural de sal cloruro de litio, un ejemplo un compuesto iónico. Nótese organizada red cristalina que forma.
la de la se
Fórmulas Químicas
La fórmula química indica el tipo de elementos que forman una sustancia y la proporción en que se encuentran. Además puede brindar información acerca de cómo se unen los átomos en una molécula y su distribución espacial. Fórmula condensada: indica el tipo de átomos presentes en un compuesto y el número de átomos de cada clase. Fórmula semidesarrollada: indica los enlaces entre los diferentes grupos de átomos para resaltar, sobre todo, los grupos funcionales que aparecen en la molécula. Fórmula desarrollada: indica todos los enlaces de una sustancia representados sobre en el plano. Fórmula estructural: señala la geometría espacial de la molécula mediante la indicación de distancias y ángulos de enlace.
Fórmulas Químicas
Composición: número de cada átomo presente en una sustancia (Ej. En el agua hay dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno).
Constitución: señala la secuencia y características de los enlaces (Ej. En el agua hay dos enlaces covalentes O-H, de carácter polar, con ángulos de enlace de 104,5° y 0,96 A de longitud ).
Configuración: alude a la relación geométrica (distribución y organización) de un grupo dado de átomos en una molécula. La interconversión de alternativas configuracionales requiere la ruptura y reorganización de enlaces.
Conformación: disposición espacial relativa de los átomos en una molécula. Los confórmeros están en equilibrio y la interconversión ocurre sin rotura de enlaces.
Ecuación Química
Las transformaciones que suceden en una reacción química, pueden ser representadas simbólicamente a través de una ecuación química. Una ecuación química debe satisfacer algunas condiciones entre las que se encuentran: estar balanceadas, mostrar los reactantes y productos por medio de fórmulas químicas, indicar las fases de agregación de cada sustancia reaccionante y señalar las condiciones de reacción.
Fundamentos
Fundamentos Físicos
Las células han desarrollado, a lo largo de la evolución, mecanismos muy eficientes para el acoplamiento de la energía obtenida de la luz solar o de los combustibles con muchos procesos celulares que consumen energía. Uno de los objetivos de la bioquímica es la comprensión, en términos químicos y cuantitativos, de los mecanismos de extracción, canalización y consumo de la energía en las células vivas. Podemos considerar las conversiones de la energía celular en el contexto de las leyes de la termodinámica.
Fundamentos físicos
Los organismos vivos existen en un estado estacionario dinámico y no se encuentran nunca en equilibrio con los de su entorno.
Los organismos transforman energía y materia de su entorno. Sistema, entorno, universo Aislado, Cerrado,Abierto Nutrientes, Luz solar.
El flujo de electrones proporciona energía para los organismos.
Fundamentos físicos
Las células no fotosintéticas extraen energía para sus necesidades mediante la oxidación de los productos ricos en energía.
El DNA, el RNA y las proteínas son macromoléculas informativas. Además de usar energía química para formar los enlaces covalentes entre las subunidades de estos polímeros, las células deben invertir energía para ordenar las subunidades en su secuencia correcta.
Fundamentos físicos
La cuestión central de la bioenergética es el modo mediante el cual la energía obtenida de la luz o del metabolismo de los combustibles se acopla a la energía requerida por las reacciones celulares.
Todas las reacciones químicas celulares tienen lugar a una velocidad significativa gracias a la presencia de enzimas -biocatalizadores que provocan un gran incremento en la velocidad de reacciones químicas específicas sin consumirse en el proceso.
Las células vivas no son sólo capaces de sintetizar simultáneamente miles de clases diferentes de moléculas sino que además son capaces de hacerlo en las proporciones precisas que son necesarias para la célula en cualquier situación
Metabolismo
El metabolismo es la suma de muchas secuencias de reacciones interconectadas en las que se interconvierten metabolitos celulares. Cada secuencia está regulada de manera que produzca lo que la célula necesita en cada momento y consuma sólo la energía necesaria.
Fundamentos Genéticos
Posiblemente, la propiedad más notable de las células y organismos vivos es su capacidad para reproducirse con fidelidad casi perfecta a lo largo de incontables generaciones. Esta continuidad de rasgos heredados implica que, a lo largo de millones de años, la estructura de las moléculas que contienen la información genética ha debido permanecer constante.
Fundamentos Genéticos
Acido desoxirribonucleico o DNA, los nucleótidos (o más exactamente, los desoxirribonucleótidos) de este polímero lineal, lleva codificadas las instrucciones para formar todos los demás componentes celulares y actúa además como molde para la producción de moléculas idénticas de DNA que serán distribuidas a la progenie al dividirse la célula.
La estructura del DNA hace posible su replicación y reparación casi perfecta.
La secuencia lineal del DNA codifica proteínas con estructura tridimensionales.
Resumen
La información genética está codificada en la secuencia lineal de cuatro desoxirribonucleótidos en el DNA. La molécula de DNA en doble hélice contiene un molde interno que permite su propia replicación y reparación. La secuencia lineal de aminoácidos de una proteína, codificada en el DNA del gen de esa proteína, da lugar a una estructura tridimensional proteica que es exclusiva para esa proteína. Ciertas macromoléculas individuales con afinidad específica para con otras macromoléculas forman complejos supramoleculares
Fundamentos Evolutivos
El alto grado de similitud entre las vías metabólicas y las secuencias génicas de organismos, es un robusto argumento a favor de la hipótesis de que todos los organismos modernos comparten un progenitor evolutivo común y derivaron a partir de él a través de una larga serie de pequeños cambios (mutaciones) que conferían, en cada caso, mas ventaja selectiva a un organismo dado en un nicho ecológico concreto.
Fundamentos Genéticos
A pesar de la fidelidad casi perfecta de la replicación genética, ciertos errores muy poco frecuentes que no han sido reparados durante la replicación del DNA producen variaciones en la secuencia nucleotídica del DNA, dando lugar a una mutación.
QuĂmica de la Vida.