BIOQUIMICABIOQUIMICACLASE 1CLASE 1

Melilds 1

La Bioquímica

• Es la Ciencia que se encarga del estudio de diversas moléculas que se encuentran en las células y organismos vivos, así como sus reacciones químicas.

• Se encarga del estudio de toda la gama de formas de vida, desde virus y bacterias (simples) hasta seres humanos (complejos).

Melilds 2

OBJETIVOS:DESCRIBIR Y EXPLICAR A NIVEL MOLECULARLOS CONSTITUYENTES QUÍMICOS DE LOS

SERES VIVOSSUS FUNCIONESTRANSFORMACIONESPROCESOS QUE LOS CONTROLAN

BIOQUIMICABIOQUIMICA

Melilds 3

Permite al médico:Comprensión y conservación de la

SaludApreciación y tratamiento eficaz de la

EnfermedadEsclarecimiento de los mecanismos en

los procesos patológicosEsclarecer las causas de enfermedades

y diseñar terapias apropiadas

BIOQUIMICA MEDICABIOQUIMICA MEDICA

Melilds 4

BIOQUIMICABIOQUIMICA

MEDICINAMEDICINA

ARTERIOES-ARTERIOES-CLEROSISCLEROSIS DIABETESDIABETES

MELLITUSMELLITUS

CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOSLIPIDOSLIPIDOSPROTEINASPROTEINAS

ANEMIAANEMIAFALCIFORMEFALCIFORME

ACIDOSACIDOSNUCLEICOSNUCLEICOS

ENFER.ENFER.GENETICASGENETICAS

INTERRELACION ENTRE BIOQUIMICA Y MEDICINAINTERRELACION ENTRE BIOQUIMICA Y MEDICINA

Hay una relación bidireccional. El conocimiento de las moléculas bioquímicas de la parte superior han esclarecido el entendimiento de las enfermedades de la parte inferior y, a la inversa los análisis de las enfermedades han aclarado muchas áreas de la bioquímica. Se cree que casi todas las enfermedades son anormalidades de moléculas, reacciones químicas o procesos bioquímicos.

Melilds 5

NUTRICION HUMANAEn cada capítulo se incorporará clases de nutrición para que se comprenda como el alimento nos permite conseguir un crecimiento, desarrollo, mantenimiento y recuperación del organismo y en los casos de déficit se corrijan con una adecuada terapéutica nutricional

Melilds 6

INTRODUCCION AL METABOLISMO Y BIOENERGÉTICA

Melilds 7

CONTENIDOS Fuentes de carbono y energía para el Metabolismo:

Anabolismo y CatabolismoBases termodinámicas de las reacciones bioquímicas:

Variaciones de Energía LibreAcoplamiento energético de las reacciones bioquímicasCompuestos ricos en energía: Potenciales de

transferencia de ≈ PATP y su papel biológicoReacciones redox biológicas

Melilds 8

TRABAJO Y ENERGÍA BIOLÓGICA• Los seres vivos captan energía de diversas

fuentes (los autotróficos: utilizan el CO2 como fuente de C y los heterótrofos obtienen C de moléculas orgánicas)

La oxidación de la glucosa se realiza en los organismos heterotróficos en el proceso de respiración con liberación de energíaMelilds 9

METABOLISMO• El metabolismo (del latin metabole = cambio) se

refiere a todas las reacciones se transforman las moléculas nutritivas que digerimos y absorvemos

• Las reacciones químicas metabólicas pueden ser de dos tipos:1. Catabolicas 2. Anabólicas

• Ciento de reacciones organizadas en rutas metabólicas

Melilds 10

METABOLISMO

Melilds 11

Utilizan la energía para la producción de un trabajo biológico.•Biosíntesis (anabolismo)•Trabajo mecánico (contracción muscular)•Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)•Trabajo eléctrico (Transmisión del impulso nervioso)

Melilds 12

METABOLISMOEl metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc..

Melilds 13

FUNCIONES DEL METABOLISMO 

El metabolismo tiene cuatro FUNCIONES específicas:1. Obtener energía química (ATP) degradando nutrientes ricos en energía (o a partir de la energía solar).2. Convertir las moléculas nutrientes en moléculas celulares (fabricas los componentes celulares)3. Polimerizar precursores monoméricos a proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, etc.4. Sintetizar o degradar biomoléculas, requeridas en funciones celulares especializadas (hormonas, neurotransmisores, etc.)

   

Melilds 14

Proteínas Ácidos Nucleicos

AminoácidosNucleó;dos

Urea

Glicerol Ácidos Grasos

e–

O2

H2O

ATP

CO2

Polisacáridos Lípidos

Glucosa

Piruvato

Monosacáridos

Esquema general del metabolismo

Ace;lCoA

Melilds

Las reacciones metabólicas implicadas en la generación de E rompen en forma secuencial moléculas combustibles o almacenando carbohidratos, proteínas, grasas

15

RUTA METABOLICA

• Serie de reacciones catalizadas enzimáticamente

• En una ruta: un precursor se convierte en producto a través de una serie de intermediarios: los metabolitos.

• Las rutas pueden ser:– Convergentes– Divergentes– Cíclicas

Melilds 16

DIFERENTES TIPOS DE RUTAS METABOLICAS

Melilds 17

CATABOLISMO• Fase degradativa • Convierten moléculas complejas en moléculas mas

pequeñas (CO2, H2O)• Producen energía almacenable o la usa la célula

para sus actividades vitales (transporte, contracción)• Consumen oxígeno• Se Aceleran:

– Carencia de combustible– Stress en un organismo

Melilds 18

CARACTERISTICAS DE LAS REACCIONES CATABÓLICAS

• Son degradativas: compuestos complejos se transforman en otros mas sencillos.

• Son oxidativos: mediante los cuales se oxidan los compuestos orgánicos mas o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por las coenzimas oxidadas que se reducen

• Son excergónicas: se liberan energía que se almacenan como ATP

• Son convergentes: a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO2, acido pirúvico)

Melilds 19

ANABOLISMOAnabolismo: Fase Reconstructiva. Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos o orgánicos) se sintetizan moléculas mas complejas, mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que proviene del ATP.Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o ser almacenadas para las reservas.

Melilds 20

CARACTERISTICAS DE LAS REACCIONES ANABÓLICAS

• Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otras mas complejas.

• Son reductoras: mediante las cuales compuestos mas oxidados se reducen, para ello necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH) las cuales se oxidan.

• Son endergónicas: que requieren un aporte de energía que proviene del ATP.

• Son divergentes: a partir de unos pocos compuestos se pueden obtener una gran variedad de productos.

Melilds 21

REACCIONES ACOPLADAS EN EL METABOLISMO

Melilds 22

Melilds 23

• Las reacciones bioquímicas tienen lugar bajo condiciones especiales:

• Soluciones: acuosas• Condiciones suaves: presión, temperatura

prácticamente cte• pH: fisiológico• Catalizadores: enzimáticos

REACCIONES BIOQUÍMICAS

Melilds 24

LOCALIZACIONES DE LAS VÍAS METABÓLICAS

• Las vías metabólicas se encuentran localizadas en compartimentos celulares específicos.

• Las enzimas que conforman la vía glucolítica se encuentran localizadas en el citosol

• Las enzimas que participan en las vías de la b-oxidación están localizadas en la mitocondria

Melilds 25

Bioquímica Estructural y MetabólicaTEMA 8. Introducción al metabolismo y bioenergé;ca

Sistemas multienzimáticosEnzimas individuales. Los intermediarios fluyen de un enzima a otro. Ej.: glucólisis.

Complejos mul;enzimá;cos. Enzimas osicamente asociados. A menudo los intermediarios están unidos covalentemente a los complejos. Ej.: PirDH.

Enzimas asociados a grandes estructuras, membranas oribosomas. Ej.: cadena electrónica mitocondrial.

Garre@ and Grisham. Biochemistry. 4e. 2009.

Melilds 26

Bioquímica Estructural y MetabólicaTEMA 8. Introducción al metabolismo y bioenergé;ca

Las rutas metabólicas se desarrollan en lugares específicos de las células

Lehninger Principles of Biochemistry. 5e. Freeman. 2009.

NÚCLEOReplicación del DNA. Síntesis tRNA y mRNA. NUCLEOLO.síntesis rRNA. RIBOSOMAS

Síntesis de proteínas.

GOLGIMaduración de glucoproteínas y otros componentes de las membranas.

MITOCONDRIASOxidación del piruvato. Ciclo Krebs.Fosforilación oxida;va. Oxidación de ácidos grasos. Catabolismo de aminoácidos.

RETÍCULO ENDOPLÁSMICOSíntesis de lípidos, transporte intracelular.

CITOSOLGlucólisis, parte de gluconeogénesis;pentosas fosfato; síntesis de ácidos grasos, síntesis de nucleó;dos.

Melilds 27

REGULACION DE LA VÍA METABÓLICA

• Sirve para:• La velocidad de la vía está adaptada a las

necesidades de la célula.• Que la vía de síntesis y degradación no

están activas a la vez.• Las rutas catabólicas y anabólicas no son

inversas las unas de las otras. Ambas rutas tienen a menudo localizaciones diferentes en la célula.

Melilds 28

BIOENERGÉTICA Y TERMODINÁMICA

Melilds 29

• Las células necesitan E para realizar sus actividades de desarrollo, renovación de estructuras, síntesis de moléculas etc.

• La E. química que utiliza una célula animal para realizar trabajo proviene de la oxidación de sustancias incorporadas como alimentos (C y H, grasas)

• Al producirse una transformación química generalmente se rompen enlaces y el contenido de E de las moléculas aumentan o disminuyen.

Melilds 30

▪Estudia la transferencia y utilización de energía en los sistemas biológicos.

▪Las reacciones metabólicas se rigen por las leyes de la termodinámica▪Principio de conservación de la energía▪Aumento natural del desorden

▪∆ G: cambio de E del sistema▪∆ H: cambio de entalpia▪∆ S: cambio de entropía ∆G = ∆H - T ∆S

Bioenergética

Melilds 31

Las células vivas y los organismos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el entorno.

SISTEMA

Melilds

ENTORNO UNIVERSO

DEFINICIONES

Energía: es la capacidad para producir un trabajoSistema: toda porción del universo que se somete al estudio. Existen sistemas aislados, cerrados y abiertosMedio: es lo que rodea al sistemaUniverso: Sistema + Medio

32

• Entalpia: es la energía en forma de calor, liberada o consumida en un sistema a T y P constantes.

• Entropía: energía no degradada, no utilizada para realizar trabajo

• Energía Libre: energía disponible para realizar trabajo. Es la energía contenida en las moléculas. Representa la energía intercambiada en u a reacción química.

Melilds 33

Melilds 34

Segunda ley de la termodinámica

• La energía tiende a difundirse de una forma más concentrada a una menos concentrada, ej. Se libera como calor o luz, o ambas.

• El desorden siempre está en aumento en el universo.

Melilds 35

Melilds 36

Melilds 37

REACCIONES QUIMICASREACCIONES QUIMICAS

LAS REACCIONES QUIMICAS QUE CONSTITUYEN EL METABOLISMO DE UN ORGANISMO VIVO ESTAN ORGANIZADAS EN SECUENCIAS ESPECIFICAS LLAMADAS VIAS METABOLICAS

LOS INTERMEDIARIOS QUIMICOS DE ESTE PROCESO SE DENOMINAN METABOLITOS

ALGUNAS VIAS PARTICIPAN EN REACCIONES TANTO CATABOLICAS COMO ANABOLICAS LLAMANDOSE VIAS ANFIBOLICAS

Melilds 38

Las transformaciones energéticas de los seres vivos involucran reacciones del tipo EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS

EXERGÓNICAS: Son reacciones que al ocurrir liberan energía.

ENDERGÓNICAS: Son reacciones que para que ocurran requieren un aporte de de energía.

Las enzimas actúan como catalizadores biológicos.

El ATP es la “ moneda “ universal de energía en los seres vivos

Melilds 39

Los organismos vivos deben mantener un alto nivel de orden, para cumplir funciones como alimentación, crecimiento y desarrollo

Este orden se mantiene mediante la extracción de energía, a partir de la materia prima

Hay reacciones exergónicas que se utilizan para realizar las endergónicas. Esta energía será en forma de ATP.

Melilds 40

a) Catabolismo: conjunto de todas las reacciones de degradación, normalmente oxidación. Se formarán productos más simples y se generará ATP al degradar las moléculas. También se obtienen precursores que luego se usan para sintetizar componentes celulares.

b) Anabolismo: reacciones en las que se sintetizan todos los componentes celulares. Requiere gasto de energía, es impulsado por el ATP obtenido en el catabolismo. Sólo los fotosintéticos pueden sintetizar glucosa a partir de CO2.

El metabolismo comprende:

El catabolismo se caracteriza porque todas las rutas son convergentes, se va reduciendo el número de intermediarios y al final, si lo oxidamos todo obtenemos CO2.

El anabolismo es divergente, a partir de unos pocos intermediarios se sintetizan todos los componentes de la célula.Melilds 41

Una vía metabólica es un conjunto de reacciones secuenciales consecutivas que tienen como finalidad formar determinado producto (Ej. la glicolisis).

Melilds 42

-Todas son irreversibles y globalmente exergónicas.

-Las rutas en los dos sentidos nunca pueden ser iguales porque si lo fuesen uno de los dos nunca se podría realizar. Los pasos distintos permiten asegurar los procesos en los dos sentidos. Hay muchos pasos comunes.

-Las rutas metabólicas están localizadas en unos compartimentos específicos lo que permite regular muy bien las rutas.

-Todas las rutas tienen un paso que las compromete. Esto quiere decir que hay una reacción, que suele estar al principio de una ruta, que es irreversible y desprende mucha energía.

- Todas las rutas están reguladas. Con regular el paso limitante es suficiente y no será necesario controlar todas las reacciones de la ruta.

Características de las vías metabólicas.

Melilds 43

DIFERENCIAS ENTRE CATABOLISMO Y ANABOLISMO

CATABOLISMO ANABOLISMO

DEGRADATIVO SINTETICO

NATURALEZA OXIDATIVA NATURALEZA REDUCTORA

PRODUCE ENERGIA REQUIERE ENERGIA

VARIEDAD DE COMPUESTOS

INICIALES

COMPUESTOS INICIALES BIEN CONOCIDOS

CON PRODUCTOS FINALES DEFINIDOS

CON VARIEDAD DE PRODUCTOS FINALES

Melilds 44

FIN

Melilds 45