Prof. Vicente I. Prieto Díaz

BIOQUÍMICA

Contenidos

PRIMER PARCIAL HORAS

Unidad 01: Bases de la bioquímica I. 6Unidad 02: Bases de la bioquímica II. 6Unidad 03: Biomoléculas que constituyen los seres vivos I. 6Unidad 04: Biomoléculas que constituyen los seres vivos II. 6Total 24

Texto Guía:

Feduchi C E, Blasco C I, Romero M CS, Yáñez C E. Bioquímica. Conceptos esenciales. Madrid: Ed. Panamericana, 2010.

Otras referencias:• Lehninger, Nelson DL, Cox MM. Principios de bioquímica. IV Ed.

Barcelona: Ed. Omega, 2011.• Muller Esterl W. Bioquímica. Fundamentos para la medicina y ciencias

de la vida. Ed. Reverte, 2009.• William RAD, Elliott JC. Bioquímica dental. Básica y aplicada. México

DF: Ed. El Manual Moderno, 1990.• Blanco Antonio. Química Biológica. Ed. El Ateneo, 2011.• Tortora G. Introducción al cuerpo humano. Fundamentos de Anatomía

y Fisiología. Buenos Aires: Ed. Panamericana, 2008.

Objetivos

• Reconocer los diferentes tipos de biomoleculasde los seres vivos.

• Identificar las rutas metabólicas que sufren las principales biomoléculas.

• Conocer el metabolismo de los hidratos de carbono y compuestos nitrogenados.

• Conocerlas bases de la Bioquímica.

• Reconocer los conceptos básicos de los sistemas dispersos.

Evaluación

  Primer parcial

Segundo parcial

Recuperación

Trabajos individuales 40% 40%  

Trabajos investigación 20% 20%  

Pruebas escritas 40% 40% 100%

TOTAL 100% 100% 100%

Unidad 01: Bases de la Bioquímica I1.1 Constitución de la materia

1.1.2 Orbitales atómicos1.1.3 Tabla periódica. Orden en la Tabla Periódica 1.1.4 Combinación de los elementos químicos1.1.5 Enlace químico. Tipos de enlaces1.1.6 Polaridad de los enlaces. Grupos funcionales que determinan la interacción

entre las biomoléculas.

Objetivos

• Identificar los átomos como partículas que forman la materia y las partículas subatómicas que lo constituyen.

• Identificar los principales grupos de elementos en la Tabla Periódica y sus posibles combinaciones químicas.

• Identificar los enlaces químicos de las sustancias.• Explicar la esencia de la polaridad de los enlaces.• Identificar los grupos funcionales de las moléculas biológicas y la interacción entre

ellos.

BIOQUIMICAExplica en términos químicos las estructuras y funciones de los seres vivos.

ESTRUCTURA

FUNCIÓN BIOLÓGICA

INTERACCIONES

Fundamentos químicos• La unidad fundamental de la materia es el átomo (10-8 cm): protones (1,67.10-24 g - positivos), neutrones (1,67.10-24 g – sin

carga) y electrones (9,1.10-28 g - negativos).• Los átomos en condiciones normales no poseen carga

eléctrica.• Protones y neutrones se localizan en el núcleo atómico.• El número atómico (Z) define a cada elemento.

Tabla Periódica de los elementos químicos

Representación de un átomo

Fundamentos químicos

• Los orbitales atómicos están definidos por números cuánticos.

n: número cuántico principal: nivel de energía (1, 2, 3, 4, 5…)

l: número cuántico azimutal : subnivel de energía (s, p, d. f, ..)

m: número cuántico magnético: orientación espacial.

• Los electrones se distribuyen ocupando los menores

niveles de energía, cada orbital alberga sólo 2 electrones y cuando existen varias posibilidades de localización en subniveles de igual energía, ocupan subniveles separados.

Número atómico (Z): Número de protones en el núcleo del átomo de un elemento. Determina la identidad química de un elementoNúmero de masa (A): Número total de protones y neutrones en el núcleo atómico

Isótopos: Átomos que tienen el mismo número atómico (Z) pero diferente número de masa (A): hidrógeno, deuterio, tritio.

A

ZX 1

1H

2

1H

3

1H

HIDRÓGENO DEUTERIO TRITIO

235

92U

238

92U

URANIO 235 URANIO 238

Masa atómica o número másico

Número atómico

Elementos químicos con mayor presencia en el ser humano

COMBINACIÓN DE ELEMENTOSPARA FORMAR MOLÉCULAS

Representación de enlaces covalentes e iónicos

ELECTRONEGATIVIDAD: Capacidad de un átomo de un elemento de atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace covalente con otro átomo.

O2(g) HF(g)

Dioxígeno Fluoruro de hidrógeno

Interacciones débiles que determinan la función de las moléculas

Grupos funcionales comunes en bioquímica

Polaridad, enlaces polares y estructura geométrica

Interacciones entre grupos funcionales

Puente de hidrógeno

Molécula de agua y puentes de hidrógeno entre varias moléculas.

Enlaces iónicos en el agua: puente salino.

Hidrófobo ≠ Hidrófilo

Interacción hidrofóbica del aceite en agua.

FUERZAS DE VAN DER WAALSInteracciones muy débiles que mantienen unidas temporalmente átomos o moléculas no polares

Agua Principal disolvente biológico. Medio donde se desarrolla la mayor parte de

reacciones biológicas en la célula. Comportamiento como un «dipolo».

-

++

Disociación de la molécula de agua en sus especies iónicas

pOH = -log[OH-]

pH = -log[H+]

pH + pOH = 14

Escala de PH

Ionización de un grupo carboxilo.

Soluciones tampón o «buffer»: regulan el pH de la célula.

pH fisiológico: 7,35 - 7,45

El mantenimiento de este rango de pH es imprescindible para que las moléculas biológicas puedan operar de manera óptima.

Varios grupos funcionales se comportan como ácidos o bases débiles (enzimas) y un cambio de pH modifica su estado, lo que puede inhibir sus funciones.

R

N+ R

H

H+ OH-

RN R

H+ H2O

Tampones o «buffers»: Sistemas acuosos que tienden a amortiguar los cambios que se producen en el pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido (H+) o base (OH-).

Los principales tampones biológicos son el fosfato y el bicarbonato:

Biológico

Biológico

Reactividad de moléculas biológicas.

Presencia de grupos funcionales: sitios reactivos.

1. Centros nucleofílicos (atracción por el núcleo): Grupos ricos en electrones y pueden tener carga negativa, pares de electrones libres (no enlazantes) o alta densidad de electrones (doble enlace). Atacan a grupos cargados positivamente.

2. Centros electrofílicos (atracción por electrones): Tienen atracción por las cargas negativas, ricas en electrones.

Enlaces covalentes comunes en bioquímica.

Reacciones químicas en las células.Formación de biopolímeros a partir de unidades monoméricas mediante enlaces de condensación.

Oxidación y reducción de grupos funcionales de interés

Contexto celular

BIOMOLECULAS• Compuestos químicos característicos de la materia viva constituidos por: C, H, O, N – P, S – otros elementos.• Gran diversidad estructural Propiedades y funciones. • Monómeros Macromoléculas o biopolímeros.

MONOSACARIDOS POLISACARIDOS

AMINOACIDOS PROTEINAS

NUCLEOTIDOS ACIDOS NUCLEICOS

•Agua: disolvente más apropiado de biomoléculas.

Hidratos de carbono•Monosacáridos: azúcares más simples.

• Precursores: CO2, H2O (fotosíntesis)

• Organismos heterótrofos: los obtienen de nutrientes.

• Fórmula general: (CH2O)n, n: 3 – 7.

• Son polihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas).

• Se nombran atendiendo al número de carbonos:

3 átomos de C: triosas (aldotriosas o cetotriosa)

4 átomos de C: tetrosas (aldotetrosas o cetotetrosas). . . .. . . .. . . .

7 átomos de C: heptosas (aldoheptosas o cetoheptosas)

•Monosacáridos de importancia biológica:

Aldohexosas: glucosa, galactosa y manosa.

Cetohexosa: fructosa

Aldopentosa: ribosa (ATP - RNA)

Familia de las D-aldosas

ISOMERIA•Isomería estructural: aldotriosa - cetotriosa

• Esteroisomería (moléculas quirales)

Gliceraldehido (C-2, asimétrico) 2 isómeros ópticos o enantiómeros (D y L): desvían luz polarizada.

Si n = No. de C asimétricos 2n será el número de posibles esteroisómeros, pero solo la mitad son enantiómeros.

• Importancia biológica: Un enantiómero sólo puede encajar con otra molécula quiral (centro activo de una enzima). Esteroisómeros no enantiómeros: diasteroisómeros.

Familia de las D-cetosas

Monosacáridos en solución acuosa• Adoptan forma ciclada: enlace hemiacetal

• Azúcares de 6 ó más C: Anillo de 6 miembros (piranosas)• Cetosas de 6 C, o aldosas de 5 miembros: Anillo de 5miembros

(furanosas)

Formas anoméricas de la D-glucopiranosa

Oxidación y reducción de grupos funcionales de interés

Modificaciones de los monosacáridos

Oxidaciones

GRUPO ALDEHIDO GRUPO CARBOXILO

ACIDO ALDÓNICO

MEDIO ACUOSO

Vitamina C

Reducciones

GRUPO ALDEHIDO GRUPO HIDROXILO

ALDITOLES O AZUCARES ALCOHOL

Presente en nucleótidos para formar DNA

Esterificación

GRUPO ALDEHIDO CONDENSACIÓN CON GRUPO FOSFORILO

AZUCARES FOSFATO

Alto valor energético Intervienen en la oxidación de glucosa

TAREA 1

Identificar propiedades de los monosacáridos modificados por oxidación, reducción, esterificación y formación de aminoazúcares.

Ref. Libro de texto, p 30-32

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• Preparación individual• Traer próxima clase para discusión en grupo.

Formación de amino azúcares

GRUPO ALDEHIDO AMINA

AMINOAZUCARES

Componente de pared de bacterias

OLIGOSACARIDOS

Se forman por unión de monosacaridos por un enlace glicosídico.

Pueden ser reductores o no reductores. Aportan información a las moléculas. Que los

portan.

TAREA DOCENTEDesarrollar estas características y presentarlas en trabajo por equipo. Exposición próxima clase.

Polisacáridos

TAREA 2

Identificar los polímeros según sus funciones en la naturaleza, dar ejemplos de ellos y funciones atendiendo a su composición y estructura.

Ref. Libro de texto, p 32 - 38

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• Preparación individual• Traer próxima clase para discusión en grupo.

LÍPIDOS

LípidosMoléculas orgánicas más insolubles en agua: moléculas

más hidrofóbicas.Grupo químicamente diverso: funciones biológicas muy

variadas.Biomoléculas de mayor poder energético: Triglicéridos.Principales componentes estructurales de membranas

biológicas.

Capacidad de formar bicapas: membranas biológicas.

Importancia fisiológica.Funciones celulares.

energéticos, vitaminas, hormonas, mensajeros intracelulares,

Clasificación de los lípidos según su estructura

1.Lípidos saponificables: ésteres de ácidos grasos. Producen jabones con NaOH o KOH.• Acilglicéridos.• Lípidos complejos (fosfoglicéridos,

esfingolípidos).• Ceras.

2. Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos. No pueden formar jabones.• Terpenos• Esteroides• Eicosanoides

CARBOXILO HIDROXILO ESTER

Naturaleza de los lípidos

ACIDOS GRASOS

Ácidos carboxílicos de cadena larga: un solo grupo carboxílico y «cola» hidrocarbonada no polar.

Se diferencian por: longitud de cadena (14-24 átomos de C) y presencia, número y posición de dobles enlaces.

«Cola»: saturada o insaturada.

Ácidos grasos naturales

Propiedades de los ácidos grasos

Dependen de:

Longitud de cadena carbonada (apolar). Grado de insaturación.

Insolubilidad en agua

Propiedades específicas

1. Consistencia (TPN): Saturados: céreaInsaturados: líquido viscoso

2. Temperatura de fusión (cadena de C de igual tamaño): Más saturados: Más alta.Más insaturados: Más baja.

Las longitudes más cortas de cadena y presencia de insaturaciones aumentan la fluidez de ácidos grasos y sus derivados.

LIPIDOS SAPONIFICABLES

1. Acilglicéridos: ésteres generados por la reacción entre el glicerol (alcohol) y ácidos grasos. Reacción de condensación: esterificación.

COMBINACIONES DE LOS ÁCIDOS GRASOS EN LOS TRIACILGLICERIDOS

Triacilglicérido: glicerol + 3 ácidos grasos saturados.

SIMPLE

Triacilglicérido: glicerol + 2 ácidos grasos insaturados y uno saturado.

MIXTO

Triacilglicérido: glicerol + 2 ácidos grasos saturados y uno insaturado en C-2.

MIXTO

FUNCION FUNDAMENTAL DE TRIACILGICÉRIDOS EN LA CÉLULA : Almacén de energía

Generan reservas para 2-3 meses de inanición.

90 % de grasas en los alimentos y almacenadas en nuestro cuerpo.

Muy insolubles en agua: esterificación con glicerol.

ADIPOCITOS: células que forman tejido adiposo

21 % hombres26 % mujeres

Funciones del almacenamiento de lípidos en el cuerpo:

1. Producción de energía: formación de ATP.2. Producción de calor: oxidación por células

especializadas3. Aislamiento: capas de grasa como aislante térmico.

Reacción de saponificación:

Ácido graso o lípido saponificable + BASE → sal

ADENOSINTRIFOSFATO

Lípidos complejos: Fosfolípidos

• Fosfoglicéridos: principales constituyentes de las membranas.

• Fosfoacilglicéridos.• Glicerofosfolípidos.

• Formados por: 2 ácidos grasos esterificados con –OH del 1ro y 2do

átomo de C. -OH del 3er C unido por enlace fosfodiester a grupo de

cabeza muy polar o cargado.

Fosfoglicéridos

Se nombran según el grupo que forma la cabeza polar “X”

Fosfoglicéridos: lípidos estructurales de las membranas biológicas.

Moléculas anfipáticas

Barrera al paso de iones y moléculas polares

Esfingolípidos: componente de la membrana celular.

• No contienen glicerol• Formado por aminoalcohol de cadena larga: Esfingosina• Participan en el reconocimiento celular.

Ceras: esteres de ácidos grasos de cadena larga (14-36 C) con alcoholes de cadena larga.

LIPIDOS NO SAPONIFICABLES

Terpenos: Múltiples funciones biológicas.

Precursores de vitaminas liposolubles (A, E, K)

Esteroides: Derivados de estructura rígida y plana del ciclopentanoperhidrofenantreno.

• Colesterol: Precursor metabólico de otros esteroides.

Ácidos biliares: Emulsión de grasas en la dieta

Hormonas esteroideas: • glucocorticoides (cortisol): metabolismo

de hidratos de carbono, proteínas y lípidos.

• aldosterona y otros mineralcorticoides: excreción de sal y agua por los riñones.

• andrógenos y estrógenos (estradiol, testosterona): hormonas del desarrollo y función sexual.

Eicosanoides: Mensajeros entre células

• Prostaglandinas: Regula la síntesis del mensajero intracelular AMP cíclico (interviene en función de hormonas: contracción del músculo liso del útero en el parto, control de flujo sanguíneo a órganos, inlfamación).

• Tromboxanos: Actúan en la formación de coágulos sanguíneos y reducción del flujo sanguíneo (vasoconstricción y agregación plaquetaria).

• Leucotrienos: El LT D4 induce contracción del músculo que rodea las vías aéreas del pulmón: su exceso provoca ataque asmático (fuerte contracción de músculos lisos del pulmón y shock anafiláctico)

VITAMINAS LIPOSOLUBLES:

• A (retinol): Hormona y pigmento visual.

• D (D2: ergocalciferol): se activa en hígado y promueve la absorción del Ca2+ en el intestino.

• E (tocoferol): Antioxidantes biológicos (formas más reactivas del oxígeno y otros radicales libres).

• K: participa en la formación de la protombina activa, esencial para la formación de los coágulos.

FUENTES DE VITAMINAS

TAREA DOCENTE GRUPO 3. Lunes 4 de noviembre

• Enlace peptídico• Proteínas, estructura, funciones• Hemoglobinas, inmunoglobulinas

OBJETIVODescribir la formación de proteínas. Propiedades y funciones de las proteínas.

AMINOÁCIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO

Aminoácidos:

Grupo heterogéneo de moléculas con características estructurales y funcionales comunes.

Unidades estructurales de proteínas, intermediarios de rutas metabólicas.

Código genético: 20 aminoácidos que se unen en las células por enlace covalente: producen proteínas diferentes por combinaciones específicas.

AAAAAAAAAAA

Grupo carboxiloGrupo amino

Características estructurales:

Átomo de carbono al que se unen los grupos funcionales carboxilo y amino (carbono α).

pH = 7

Grupo NH2 protonado

ENANTIÓMEROS

IOMERÍA ÓPTICA DE LOS AMINOÁCIDOS

Monosacárido

Carbono α

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Determinado por: cadena lateral

1. Aminoácidos estrictamente hidrofóbicos (apolares): Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), Prolina (Pro), Fenilalanina (Phe), Triptófano (Trp) y Metionina (Met). Presentan cadenas alifáticas o anillos aromáticos.

2. Aminoácidos polares sin carga: Serina (Ser), Treonina (Thr): grupo –OH - Asparagina (Asn) y Glutamina (Gln): grupo amida.

3. Aminoácidos ionizables a pH fisiológico: Glutamato (Glu), Aspartato (Asp): grupo –COO-, Lisina (Lys), Arginina (Arg) e Histidina (His): grupos funcionales con carácter básico.

pH fisiológico: 7,35-7,45pH < 7,35: AcidosispH > 7,45: Alcalosis

CARÁCTER ÁCIDO Y BÁSICO DE AMINOÁCIDOS

carácter anfótero

pH fisiológico: 7,35-7,45

• La carga eléctrica de los aminoácidos varía con el pH:

• En determinadas regiones , los aminoácidos pueden regular el pH: acción tamponante.

OTRAS PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS

Tarea docente:

Ponencia sobre cómo las cadenas laterales de los aminoácidos determinan sus propiedades: interacciones no covalentes, unión de elementos metálicos y formación de enlaces covalentes.

Exponer trabajo por grupos y entregar ponencia. Incluir conclusiones y Referencias bibliográficas.

Próxima clase, 1er turno de clases. (Ajustar tiempo total de exposición de los grupos a 50 min.)

Referencia básica: Feduchi E, Blasco I, Romero CS, Yáñez E. Bioquímica. Conceptos

esenciales. Madrid: Ed. Médica Panamericana, 2010.

interacciones covalentes determinadas por las propiedades de las cadenas laterales de los aminoácidos.

• Hidrofobicidad. • Fuerzas de Van der Waals.• Interacciones electrostáticas.

Unión de elementos metálicos

• Ca2+, Mg2+, Zn2+

• Fe 3+

Entidades de coordinación. Núcleo central (catión).

• Participación directa en función de proteína o estabilización de estructura tridimensional.

Enlaces covalentes determinadas por las cadenas laterales

• PUENTES DISULFURO.

• Estabilizan estructura tridimensional.

IgG

• FOSFORILACIÓN

• Unión del grupo hidroxilo (OH-) de la cadena lateral a un fosfato inorgánico: Serina (Ser), Treonina (Thr), Tirosina (Tyr) (aminoácidos polares sin carga). Catalizado por enzimas quinasas. Proceso reversible por la acción de

las fosfatasas (regula actividad proteica-enzimàtica).

• GLUCOSILACIÓN

• Unión del grupo hidroxilo (OH-) de azúcar: enlace 0-glucosídico: Serina (Ser), Treonina (Thr) o N-glicosídico: Asparagina (Asn).

• ESTEREOQUÍMICA DE CADENA LATERAL: Determina el plegamiento de las proteínas y su capacidad de interacción con otras sustancias.

• MODIFICACIONES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS EN LAS PROTEÍNAS: Aminoácidos «no estándares» → puede generar papel biológico importante

adición –OH.

AMINOÁCIDOS NO PRESENTES EN LAS PROTEÍNAS

Tarea docente:

Próxima clase.

Trabajo investigativo sobre:

1. Niveles estructurales de las proteínas y su reconocimiento.2. ¿Cómo se diferencias las estructuras secundarias?3. Factores que determinan la estructura tridimensional de las proteínas.4. Relacionar características de estructurales de las proteínas con su

función.5. Alteraciones que modifican las estructuras y funciones de las

proteínas.6. Principales funciones de las proteínas.

Presentar trabajo escrito por equipo.Referencia básica: Feduchi E, Blasco I, Romero CS, Yáñez E. Bioquímica. Conceptos

esenciales. Madrid: Ed. Médica Panamericana, 2010. p 76-90