Unidad Temática Nº 1: BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS

•Delimitar el campo que abarca la Bioquímica, conocer sus implicancias, su importancia en ING. Delimitar el campo que abarca la Bioquímica, conocer sus implicancias, su importancia en ING. AGROINDUSTRIAL, la terminología que emplea y los métodos de estudio. AGROINDUSTRIAL, la terminología que emplea y los métodos de estudio.

•Comprender la importancia del ambiente acuoso en los procesos bioquímicos que tienen lugar en Comprender la importancia del ambiente acuoso en los procesos bioquímicos que tienen lugar en la matriz vital y el rol de los compuestos inorgánicos y orgánicos.la matriz vital y el rol de los compuestos inorgánicos y orgánicos.

Unidad Temática Nº 1BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS

a) Definición, alcances como disciplina y como ciencia interdisciplinaria. Bioquímica a) Definición, alcances como disciplina y como ciencia interdisciplinaria. Bioquímica descriptiva y bioquímica dinámica. Objeto e importancia de la Bioquímica actual. Fuentes descriptiva y bioquímica dinámica. Objeto e importancia de la Bioquímica actual. Fuentes bibliográficas. Bioquímica y Medicina Veterinaria. Terminología científica. Métodos de bibliográficas. Bioquímica y Medicina Veterinaria. Terminología científica. Métodos de estudio. Bioseguridad.estudio. Bioseguridad.

b) Elementos que constituyen la materia orgánica, bioelementos. Clasificación y funciones de b) Elementos que constituyen la materia orgánica, bioelementos. Clasificación y funciones de los principales bioelementos. Composición química de los seres vivos. Biomoléculas. los principales bioelementos. Composición química de los seres vivos. Biomoléculas. Organización de la materia viva. Jerarquía de la organización molecular de las células. Organización de la materia viva. Jerarquía de la organización molecular de las células. Biomoléculas presentes en orgánulos de células procariotas y eucariotas. Medios extra e Biomoléculas presentes en orgánulos de células procariotas y eucariotas. Medios extra e intracelular. Agua y electrolitos. Estructuras molecular y macromolecular del agua; rol en los intracelular. Agua y electrolitos. Estructuras molecular y macromolecular del agua; rol en los sistemas biológicos, acción como disolvente, ionización de la molécula y participación en el sistemas biológicos, acción como disolvente, ionización de la molécula y participación en el equilibrio iónico. Distribución del agua en el organismo animal; proporciones en los equilibrio iónico. Distribución del agua en el organismo animal; proporciones en los diferentes tejidos. diferentes tejidos.

BIOQUÍMICABIOQUÍMICA

La Bioquímica es la ciencia que estudia los seres vivos a nivel molecular mediante técnicas y métodos físicos, químicos y biológicos

Es la ciencia que se ocupa del estudio de las diversas

moléculas, reacciones químicas y procesos que ocurren en las

células y microorganismos vivientes.

Bioquímica dinámica: se ocupa de las reacciones químicas que acontecen en los sistemas biológicos,

estudio del metabolismo.

Objetivos: Comprensión integra, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las

células vivas.

Bioquímica descriptiva: estudia cada uno de los constituyentes de los seres vivos, para lo cual exige identificación, separación

y purificación, determinación de estructuras y propiedades.

Unidad dentro de la diversidad

– Todos organismos vivos• Se componen de las misma clase de moléculas (moléculas biológicas)• Funcionan de manera semejante• Responden a las mismas leyes Físicas y Químicas que rigen el Universo• La vida es compleja y dinámica• La vida se organiza y mantiene a sí misma

– Organización jerárquica

– Necesita de aporte de energía y materia• Metabolismo y homeostasis

¿Qué es la Vida?

• La célula es la unidad fundamental de organización y funcionamiento de la vida

• La vida necesita información biológica

– Necesaria para su organización, funcionamiento y replicación

– Es una información estructural

• Secuencia de los genes --> proteínas --> funciones

• La vida no es estática: se adapta y evoluciona

– Todas las formas de vida tienen un origen común

¿Qué es la Vida?

Sistema(aparato digestivo)

Órgano(hígado)

Tejido(Tejidohepático)

Célula(hepatocito)

Orgánulo(núcleo)

Molécula(DNA)

Átomo(carbono)

OrganizaciónJerárquica deOrganismosMulticelulares

Jerarquía de la organización

molecular de las células

CélulaCélula

OrgánulosOrgánulos NúcleoNúcleo

MitocondriaMitocondria

CloroplastoCloroplasto

Cuerpos de GolgiCuerpos de Golgi

AsociacionesAsociaciones

SupramolecularesSupramoleculares

peso de partículapeso de partícula

101066 - 10 - 1099

RibosomasRibosomas

Complejos enzimáticosComplejos enzimáticos

Sistemas contráctilesSistemas contráctiles

MicrotúbulosMicrotúbulos

CélulaCélulaMacromoléculasMacromoléculas

peso peso molecularmolecular

101033 - 10 - 1099

Ácidos nucleicosÁcidos nucleicos

ProteínasProteínas

PolisacáridosPolisacáridos

LípidosLípidosUnidades ó Unidades ó sillaressillares

estructuralesestructurales

peso peso molecularmolecular

100 - 350100 - 350

NucleótidosNucleótidos

AminoácidosAminoácidos

MonosacáridosMonosacáridos

Ácidos grasosÁcidos grasos

GlicerinaGlicerina

CélulaCélula

IntermediariosIntermediarios

peso molecularpeso molecular

50 - 25050 - 250

PiruvatoPiruvato

CitratoCitrato

MalatoMalato

Gliceraldehído 3-Gliceraldehído 3-fosfatofosfato

Precursores delPrecursores del

entornoentorno

peso molecularpeso molecular

18 - 4418 - 44

Dióxido de carbonoDióxido de carbono

AguaAgua

OxígenoOxígeno

AmoníacoAmoníaco

NitrógenoNitrógeno

Jerarquía en la Estructura Celular

Las sustancias químicas constituyentes de los seres vivos

• Separación y caracterización.• ¿En qué concentración se encuentran?• ¿Cuáles son sus propiedades?• ¿Cómo y por qué se transforman?• ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan?• ¿Por qué son estructuras muy ordenadas?• ¿Cómo se transmite la información genética?• ¿Cómo se expresa y controla la información genética?

Objeto de estudio de la Bioquímica:

Métodos de estudio en Bioquímica

La Bioquímica utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica. Por ello las experiencias se efectúan 1ro. In vitro; luego se integran p/aproximarse más a las células, órganos y organismos; y, por último, se desarrollan in vivo.

Análisis:

Cualitativo con técnicas de preparación y purificación y métodos de determinación de estructuras.

Cuantitativo con técnicas de valoración y estudio del metabolismo en animales, a veces en el hombre o las que intentan reconstituir in vitro los fenómenos que se producen in vivo.

Métodos p/Separar y Purificar Biomoléculas:

Fraccionamiento salino (ej., precipit. de proteínas c/sulfato de amonio)

Cromatografía: Papel; intercambio iónico; afinidad; capa fina; gas-líquido; líq.alta-presión; filtración en gel

Electroforesis: Papel; alto-voltage; agarosa; acetato de celulosa; geles de almidón y poliacrilamida; etc

Ultracentrifugación

Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos.

Métodos p/determinar estructuras de Biomoléculas:

Análisis elemental

UV, visible, infrarrojo y espectroscopía (NMR)

Hidrólisis ácida o alcalina p/degradar la biomolécula en sus constit. Básicos

Uso de 1 batería de enzimas de conocida especificidad p/ degradar la biomoléc. bajo estudio (ej, proteasas, nucleasas, glicosidasas)

Espectorometría de masa

Métodos de secuenciación específicos (ej, p/proteínas y ács. nucleicos)

Cristalografía de rayos X

Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos.

Preparaciones p/estudios de procesos bioquímicos

Animal intacto

Órganos perfundidos aislados

Cortes de tejidos

Células intactas

Homogeneizados

Organelas celulares aisladas

Subfracciones de organelas

Metabolitos y enzimas purificados

Genes aislados (incluyendo reacc. en cadena de polimerasa, etc.)

Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos.

Técnicas más utilizadas en lainvestigación Bioquímica

• Técnicas de separación: electroforesis,cromatografía.

• Técnicas analíticas: espectrometría,fluorimetría, difracción de rayos X,resonancia magnética nuclear (RMN), etc.

Inorgánicas

Agua 50-95%

Sales minerales

Iones (Na+, K+, Mg++, Ca++ ) =1%

Algunos gases: O2, CO2,

N2, ...

Orgánicas (c/C,H,O,S,P)

Glúcidos

Lípidos

Proteínas

Ácidos Nucleicos

El análisis químico de la materia viva revela que está formada por una serie de elementos y compuestos químicos. Estos se denominan bioelementos; y, en los seres vivos, forman biomoléculas, que se pueden clasificar en:

• Inorgánicas– Agua 50-95%– Iones (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, ...) 1%

• Orgánicas– Derivados de hidrocarburos

• Combinaciones de carbono (principal), hidrógeno,oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.– Forman enlaces covalentes estables– Importancia del carbono:

• Puede participar hasta en 4 enlaces covalentes fuertes (Complejidad y estabilidad estructural)

• Permite formar cadenas largas lineales o ramificadas

Biomoléculas

Raíces

Relación con otras ciencias: * Acidos nucleicos- Genética* Función corporal- Fisiología* Técnicas bioquímicas y planteamiento inmunológicos- Inmunología* Metabolismo de drogas (reacción enzimática)- Farmacología* Venenos que alteran raecciones o procesos bioquímicos- Toxicología* Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología* Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos

Terminología científica

• Todas las enfermedades(excepto las traumáticas),tienen un componentemolecular.• Los modernos métodos dediagnóstico y las nuevasterapias han sentado lasbases de la PatologíaMolecular.

Importancia de la Bioquímicaen las ciencias de la salud

BIOELEMENTOS Y BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

Elementos que integran los seres vivos = bioelementos o elementos biogenéticos.

Átomos c/ partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones, que se caracterizan básicamente por su masa y por su carga:

El núcleonúcleo es casi 10.000 veces más chico que el átomo pero contiene casi toda su masa.

Tiene cargas + = Protones Protones y neutras = NeutronesNeutrones

|------------10-10m--------------|Átomo: Los electrones electrones se

ubican fuera en una nube alrededor del núcleo

http://www.lenntech.com/espanol/tabla -periodica.htm

ZX

• En general, los átomos de los elementos se representan con dos índices que preceden al símbolo específico, donde:

• XX es el símbolo del elemento químico

• ZZ es el número de protones o número atómico

• AA es la masa atómica• El número de neutrones será la diferencia (A-Z).• En la tabla periódica de los elementos, éstos se ordenan en función de su numero

atómico.

A

número atómico = número de protonesnúmero de masa atómica = número de protones + neutrones

El número de electrones en un átomo neutro = al número atómico

PROPIEDADESPROPIEDADES

ELEMENTOSELEMENTOS

NEUTRONESNEUTRONES

NúcleoNúcleo

NÚMERONÚMEROMÁSICOMÁSICO

COMPUESTOSCOMPUESTOS

ReaccionesReaccionesquímicasquímicas

OctetoOcteto

IsótoposIsótopos

C/2 ó más diferentes elementos

ÁTOMOSÁTOMOS MATERIAMATERIA

PROTONESPROTONES ELECTRONESELECTRONES MOLÉCULASMOLÉCULAS

NÚMERONÚMEROATÓMICOATÓMICO

CAPAS CON CAPAS CON ELECTRONESELECTRONES

UNIONESUNIONESQUÍMICASQUÍMICAS

COVALENTESCOVALENTES IÓNICASIÓNICAS

ComparteComparteelectroneselectrones

TransfiereTransfiereelectroneselectrones

ElementoElemento Capa de Capa de ValenciaValencia

Las unidades más pequeñas son Son las formas básicas de

Las subatómicas incluyen Se combinan p/formar

Se mantienen unidos por

Pueden serSe forman y se rompen en

P/completar

Combina-dos para el

Determi-nan el

Discurren en las

Varía en Constante p/ c/elemento

Capa externa llamada

UNIONES QUÍMICASUNIONES QUÍMICAS COVALENTESCOVALENTES

ELECTROVALENTESELECTROVALENTES

Grupos Grupos FuncionalesFuncionales

Elementos más abundantes en la materia de la corteza terrestre y cuerpo humano.

Varios átomos (iguales o distintos) que se unen entre sí, forman las moléculas (porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas). Son cuerpos simples los formados por moléculas con átomos iguales entre sí (O2). Si están formadas por átomos distintos, se trata de cuerpos compuestos(H2O).

Carbono 18%

Abundancia de los elementos en el agua de mar, el cuerpo humano y la corteza terrestre

Agua de mar %Agua de mar % Cuerpo Humano %Cuerpo Humano % Corteza Terrestre %Corteza Terrestre %

HH 6666 HH 6363 OO 4747

OO 3333 OO 25.525.5 SiSi 2828

ClCl 0.330.33 CC 9.59.5 AlAl 7.97.9

NaNa 0.280.28 NN 1.41.4 FeFe 4.54.5

MgMg 0.0330.033 CaCa 0.310.31 CaCa 3.53.5

SS 0.0170.017 PP 0.220.22 NaNa 2.52.5

CaCa 0.00620.0062 ClCl 0.080.08 KK 2.52.5

KK 0.0060.006 KK 0.060.06 MgMg 2.22.2

CC 0.00140.0014

Los valores se expresan como porcentaje sobre el número total de átomos

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres.

Composición de los seres vivos

• Solo unos 30 elementos 30 elementos químicos de los más de 90 presentes en la naturaleza son esencialesesenciales para los seres vivospara los seres vivos

• La mayoría c/nro atómico bajo, por debajo de 34.

• Los más abundantes son: H, O, C, N (los 4 constituyen más del 99% de la masa celular), Ca, P, S, Na, K, Cl.

• Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

Por su abundancia se pueden clasificar en:

∗ a) Bioelementos primarios, en promedio 96% en la materia viva, y son C, O, H, N, P y S.

Propiedades que los hacen adecuados para la vida:

• Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones.

C, O y N pueden formar enlaces dobles o triples.

•Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

∗ b) Bioelementos secundarios, proporción próxima al 3,3%. Son: Ca, Na, K, Mg y Cl, c/ funciones de vital importancia en fisiología celular.

∗ c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, proporción inferior al 0,1%, siendo también esenciales para la vida: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, Bo, Si, V, Co, Se, Mo y Sn. Su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

• La mayoría son compuestos orgánicos

(esqueleto carbonado). Ej. Hidratos de

carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos

• Los C pueden formar cadenas lineales,

ramificadas y ciclos.

• Al esqueleto carbonado se le añaden

grupos de otros átomos, llamados grupos

funcionales.

• Los grupos funcionales determinan las

propiedades químicas.

Biomoléculas

• Hidroxilo• Carbonilo• Carboxilo• Amino• Sulfhidrilo• Fosfato

BiomoléculasLas biomoléculas son las que naturalmente se encuentran en los sistemas biológicos donde cumplen funciones específicas. Entre ellas se encuentran:

•H2O

•Proteínas

•Lípidos

•Glúcidos

•Nucleótidos y ácidos nucleicos.

•Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos orgánicos. •Gases como CO2 y O2.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL TEJIDO OSEO Y MUSCULAR

∗ Compuesto Músculo Hueso∗ AGUA 75 % 22∗ GLÚCIDOS 1 % Escaso∗ LÍPIDOS 3 % Escaso∗ PROTEÍNAS 18 % 30∗ OTRAS SUST.ORGÁNICAS 1 % Escaso∗ OTRAS SUST.INORGÁNICAS 1 % 45

∗ Compuesto Músculo Hueso∗ AGUA 75 % 22∗ GLÚCIDOS 1 % Escaso∗ LÍPIDOS 3 % Escaso∗ PROTEÍNAS 18 % 30∗ OTRAS SUST.ORGÁNICAS 1 % Escaso∗ OTRAS SUST.INORGÁNICAS 1 % 45

Biomoléculas inorgánicas:

*El agua

*Sólidos minerales: fosfato de calcio insolubles (formación de tejidos duros huesos y dientes)

*Iones (disueltos en líquidos corporales y protoplasma celular) esenciales para funciones vitales