BIOQUÍMICA: CLASE 1

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Objetivos de la Clase 1

•Dar a conocer los lineamientos de la

materia, las modalidades de cursado y

evaluación y las condiciones de

regularización o promoción.

Unidad Temática Nº 1: BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS

•Delimitar el campo que abarca la Bioquímica, conocer sus

implicancias, su importancia en Medicina Veterinaria, la

terminología que emplea y los métodos de estudio.

•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.

Dra. MV Gladis Lilia Sandoval

Programa Analítico de Bioquímica

Se desarrollan en la Clase 1 - GLS - Lu 09/04/2012

Intr. Teórica

• UT 1: Bioquímica: definiciones e importancia.Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital.Agua. Bioelementos.

Clase Áulica (Seminario):

• UT 1 y 2: Practicas s/Bioseguridad, Materiales e instrumentos de laboratorio, Ambiente celular.

Unidad Temática Nº 1

BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS

a) Definición, alcances como disciplina y como ciencia interdisciplinaria. Bioquímica

descriptiva y bioquímica dinámica. Objeto e importancia de la Bioquímica actual.

Fuentes bibliográficas. Bioquímica y Medicina Veterinaria. Terminología científica.

Métodos de estudio. Bioseguridad.

b) Elementos que constituyen la materia orgánica, bioelementos. Clasificación y

funciones de los principales bioelementos. Composición química de los seres vivos.

Biomoléculas. 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 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 equilibrio iónico. Distribución

del agua en el organismo animal; proporciones en los diferentes tejidos.

Programa de la materia

UT 1: Bioquímica, Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

• Bioquímica: definiciones e importancia.

• Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital.

• Agua. Bioelementos.

CLASE PRÁCTICA ÁULICA / SEMINARIO

• Bioseguridad

• Materiales de laboratorio

• Ambiente celular.

Definiciones y vocabulario

Elementos comunes

Origen de los vocablos

Prefijos y sufijos

BIOQUÍMICA

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

identificación, separación y purificación, determinación de estructuras y propiedades.

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.

RaícesRelación 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

Importancia de la Bioquímicaen las ciencias de la salud

Importancia de la Bioquímicaen las Ciencias de la Salud

• Todas las enfermedades (excepto las traumáticas), tienen un componente molecular.

• Los modernos métodos de diagnóstico y las nuevas terapias han sentado las bases de la Patología Molecular.

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

(Tejido

hepático)

Célula

(hepatocito)

Orgánulo

(núcleo)

Molécula

(DNA)

Átomo

(carbono)

Organización

Jerárquica de

Organismos

Multicelulares

Niveles de organización de la materia: desde átomos hasta órganos y sistemas.

Átomos c/ partículas subatómicas

protones, neutrones y electrones

Núcleo

10.000 veces menor que

el átomo,

c/ casi toda su masa.

Cargas + = Protones y

neutras = Neutrones

Los electrones se ubican

fuera en una nube

alrededor del núcleo

ZX

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

• X es el símbolo del elemento químico

• Z es el número de protones o número atómico

• A 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 protones

número de masa atómica = número de protones + neutrones

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

PROPIEDADES

BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOSy

BIOMOLÉCULAS

Tabla periódica

Atomos y partículas subatómicas, propiedades, electronegatividad, valencia, uniones químicas,

moléculas, grupos funcionales …

Elementos y Bioelementos

Isótopos

ELEMENTOS

NEUTRONES

Núcleo

NÚMEROMÁSICO

COMPUESTOS

Reaccionesquímicas

Octeto

Isótopos

C/2 ó más diferentes

elementos

ÁTOMOS MATERIA

PROTONES ELECTRONES MOLÉCULAS

NÚMEROATÓMICO

CAPAS CON ELECTRONES

UNIONESQUÍMICAS

COVALENTES IÓNICAS

Comparteelectrones

Transfiereelectrones

Elemento Capa de Valencia

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 elDiscurren

en las

Varía en Constante p/

c/elementoCapa externa

llamada

Qué átomos componen la materia viva?

Organismos

Corteza Terrestre

Ab

un

dan

cia

(%

rela

tivo

)

H C O NCa y Mg

Nay K

P Si Otros

Varios átomos (iguales o distintos) unidos forman moléculas (porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas).

Simples: moléculas con átomos iguales entre sí (O2).

Compuestos: formados por átomos distintos (H2O).

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

Agua de mar % Cuerpo Humano % Corteza Terrestre %

H 66 H 63 O 47

O 33 O 25.5 Si 28

Cl 0.33 C 9.5 Al 7.9

Na 0.28 N 1.4 Fe 4.5

Mg 0.033 Ca 0.31 Ca 3.5

S 0.017 P 0.22 Na 2.5

Ca 0.0062 Cl 0.08 K 2.5

K 0.006 K 0.06 Mg 2.2

C 0.0014

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.

¿Qué moléculas

conocen?

Átomos (O, H, N, C, S, P)

Moléculas (H2O, CO2, CH4, C6H12O6)

Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDA

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:

% del peso celular

N° aprox. de especies moleculares diferentes

Agua 70 1

Proteínas 15 3.000

Ács. Nucleicos

ADN 1 1

ARN 6 >3.000

Polisacáridos 3 5

Lípidos 2 20

Monoméricos

subunidades

intermediarios 2 500

Iones inorgánicos 1 20

Componentes moleculares de una célula de E. coli

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

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

Biomoléculas Orgánicas •– Derivados de hidrocarburos

• Combinaciones de C (principal), H, O, N, P y S.

– Forman enlaces covalentes estables H3C-CH3

– Importancia del carbono:

=C= |

• Puede participar hasta en 4 enlaces covalentes –C-fuertes (complejidad y estabilidad estructural) |

• Permite formar cadenas largas lineales o ramificadas

• 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

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

•H2O

•Proteínas

•Lípidos

•Glúcidos

•Nucleótidos y ácidos nucleicos.

•Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos

orgánicos.

•Gases como CO2 y O2.

Definición de ser vivo

1. Organización y Complejidad.

2. Crecimiento y desarrollo.

3. Metabolismo.

4. Homeostasis

5. Irritabilidad

6. Reproducción y herencia.

1.Organización y Complejidad. Teoría celular (unificadora)La unidad estructural de todos los organismos es la CÉLULA. Organismos unicelulares ó más complejos multicelulares

Multi ó Pluricelulares, dependen de la acción coordinada de las células que los componen, las cuales suelen estar organizadas en tejidos, órganos, etc.

2. Crecimiento y desarrollo...

TODOS los organismos crecen. ..(aumento de tamaño cel., del n° de células o de ambos. ..). Las bacterias duplican su tamaño antes de dividirse nuevamente. ..Desarrollo = cambios q´ ocurren durante la vida de un organismo; el ser vivo completo se inicia como un óvulo fecundado.

3. MetabolismoTodas las reacciones químicas de la célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación.

ANABOLISMO: transforma sustancias sencillas en complejas, c/almacenamiento de energía, producc. de materiales celulares y crecimiento.

CATABOLISMO: desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía.

4. Homeostasis

Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, ya que existe una tendencia

natural a la pérdida del orden denominada entropía.

P/mantenerse vivos y funcionar bien los organismos

vivos deben mantener la homeostasis (del griego "permanecer sin cambio"). Ej. T°C corporal, pH, contenido de agua, concentración de electrolitos, etc.

Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener la homeostasis del medio interno.

5. IrritabilidadLos seres vivos detectan y responden a estímulos, que son cambiosfísicos y químicos del medio ambiente (interno como externo): Luz:intensidad, cambio de color, dirección o duración de los ciclos luz-oscuridad. Presión. Temperatura. Composición química del suelo, agua oaire circundante.

6. Reproducción y herencia.ESENCIA misma de la VIDA Toda célula proviene de otra célula. La reproducción, puede ser asexual(sin recombinación de material genético) o sexual (con recombinaciónde material genético).La mayor parte de los seres vivos usan el ADN (ácidodesoxirribonucleico) como soporte físico de su información. Otros, comolos retrovirus, usan ARN (ácido ribonucleico) .

JERARQUÍA

BIOLÓGICA

EN

BIOQUÍMICA

Jerarquía de la organización

molecular de las células

Célula

Orgánulos Núcleo

Mitocondria

Cloroplasto

Cuerpos de Golgi

Asociaciones

Supramoleculares

peso de partícula

106 - 109

Ribosomas

Complejos enzimáticos

Sistemas contráctiles

Microtúbulos

Célula

Macromoléculas

peso molecular

103 - 109

Ácidos nucleicos

Proteínas

Polisacáridos

Lípidos

Unidades ó sillares

estructurales

peso molecular

100 - 350

Nucleótidos

Aminoácidos

Monosacáridos

Ácidos grasos

Glicerina

Célula

Intermediarios

peso molecular

50 - 250

Piruvato

Citrato

Malato

Gliceraldehído 3-fosfato

Precursores del

entorno

peso molecular

18 - 44

Dióxido de carbono

Agua

Oxígeno

Amoníaco

Nitrógeno

Jerarquía en la

Estructura Celular

Objeto de estudio de la Bioquímica:

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?

Métodos de estudio en Bioquímica

Utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica.

1° 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.

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:

Comparaciones

Abundancia de los elementos en el agua de mar,

animales y la corteza terrestre (gráficos, tablas)

Composición de los seres vivos y de diferentes

tejidos

Conceptos y criterios de clasificación

Bioelementos y biomoléculas, tipos, tamaños.

Biomoléculas orgánicas e inorgánicas

BIOMOLÉCULAS PRIMORDIALES

Ejemplo

Grupo

Func 1

Grupo

Func 2 Grupo Func 3 Función 1 Función 2 Función 3

Amino-

ácidosL-

alanina

-car-

boxilo -amino Alquilo o Arilo

Forman

proteínas

Precursores

metabólicos -

Carbo-

hidratosD-

glucosa

Hidro-

xilo

Carbonilo

o éter

Homociclos,

Heterociclos

Forman

polímeros

Fuentes de

energía

Forman Ác.

Nucleicos

LípidosColes-

terol Alquilo

Heteroci-

clos Otros

Estructu-

rales

Fuentes de

energía

Precursores

metabólicos

Bases

Nitroge-

nadas Guanina

Carbo-

nilo

Amino,

imino o N Heterociclos

Forman

ác.

nucleicos

Forman

cofactores

Forman mol.

de energía

Biomoléculas

Principales biomoléculas que intervienen en el metabolismo.

MACROMOLÉCULAS BIOLÓGICAS

EjemploComponentes

1 2 3 Función 1 Función 2 Función 3

ProteínasHemoglo-

bina

-

aminoáci-

dos - - Estructural Catalítica -

Polisacáridos SacarosaMonosacá-

ridos - - Estructural Energética

Precursores

metabólicos

Ácidos

Nucleicos ADN Bases N Azúcares Fosfato Información - -

Lípidos de membrana

Grasas

Ceras

Celulosa

Almidón

Fructosa

Manosa

Sacarosa

Lactosa

Proteínas

Hormonas peptídicas

Neurotransmisores

Alcaloides tóxicos

Ácidos nucleicos

ATP

Coenzimas

Neurotransmisores

Aminoácidos

Adenina

Acido Palmítico

Glucosa

Célula eucariota animal

Célula eucariota vegetal

Célula procariota

Los 3 dominios de la vida sobre la Tierra

Diferencias entre células procariotas y eucariotas

Células procariotas Células eucariotas

Tamaño 0,2- 5 µm de diámetro 10-50 µm diámetro

Compartimentalización

interna

No Si, con varios tipos de

organelas

Localización del ADN Libre en citoplasma

como nucloide

En núcleo, con

proteínas formando

cromosomas

Mecanismo de

replicación

División simple, tras

replicación ADN

Mitosis en células

somáticas, meiosis en

gametos

Sustratos Simples (CO2 y N2) Cualquier molécula

orgánica

H2O• Estructura del agua

(arquitectura molecular)

- Posibilita las interacciones débiles

• Propiedades físicoquímicas– Acción disolvente

– Elevada fuerza de cohesión

– Elevada fuerza de adhesión

– Gran calor específico

– Elevado calor de vaporización

– Punto de fusión, ebullición

– Constante dieléctrica

• Funciones biológicas

• Ionización del agua

– Disociación del agua

– Producto iónico del agua

– Concepto de pH

– Sistemas tampón

• Ósmosis y fenómenos osmóticos

• Las sales minerales

Hibridación sp3 del oxígeno

– Estructura tetraédrica

– Geometría no lineal

• Distinta electronegatividad de O e H

•Molécula polar

– Distribución asimétrica de los electrones de enlace

– Carga parcial + (d+) cerca de los H y – (d-) cerca del O

– Capacidad de formar enlaces de hidrógeno

Interacciones

débiles en

solución acuosa:

El enlace de

hidrógeno

Interacciones intra e intermoleculares en el ambiente

celular

• Electrostáticas

• No polares

• Propiedades biológicas y funciones del agua

* Cuando un átomo de hidrógeno de un enlace

polarizado, se aproxima al átomo electronegativo de otra molécula, se forma un puente de hidrógeno.

* Las moléculas de agua forman entre si puentes de

hidrógeno. En promedio, cada molécula de agua forma 4

puentes en el hielo y 3.6 en el agua.

* El agua es una molécula polar por la disposición

espacial de sus enlaces polarizados. Su polaridad

determina que sus moléculas interactúen con fuerza lo

que se refleja en muchas de sus propiedades.

• BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA (*) Y COMPLEMENTARIA

• (*)BERG JM TYMOCZKO JL & STRYER L. BIOCHEMISTRY. Fifth Edition, 2002. W.H.

• (*)BLANCO, A.: Química Biológica, 7ma. ed., El Ateneo, Buenos Aires, 2000.

• (*)BOREL, J.P.; RANDOUX, A.; MAQUART, F.X.; LE PEUCH, C. & VALEIRE, J.: Bioquímica Dinámica, 1ra. ed. en español, Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 1989.

• (*)CAMPBELL, NA & REECE, JB. Biología. 7ª ed., Ed. Médica Panamericana, University of California, Riverside, Berkeley, California, 2007. http://www.medicapanamericana.com/campbell/

• (*)CURTIS H y BARNES N S. Autores de la actualización de la 6º ed.: CURTIS, H; BARNES, NS; SCHNEK, A; FLORES, G. Biología. 7º. Ed., Panamericana, Buenos Aires, 2007. http://www.curtisbiologia.com/

• (*)HERRERA, E.: Elementos de Bioquímica, 1ra. ed. en español, Interamericana, México, 1993.

• (*)LEHNINGER, A., NELSON, D.L. y COX, M.M. "PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA", editorial Omega, 3ª Edición, 2002.

• (*)McGILVERY, R.W. & GOLDSTEIN, G.W.: Bioquímica - Aplicaciones Clínicas, 3ra. ed. en inglés y 2da. En español, Nueva Editorial Interamericana, México, 1986.

• (*)MURRAY, R; GRANNER, D; MAYES, P & RODWEL, V: Bioquímica de Harper, 15ta. ed., El Manual Moderno, México, 2000.

• (*)ROSKOSKI, R. Bioquímica. McGrow-Hill. 2000.

• (*)VOET, D. y VOET, J. G. "BIOQUIMICA", 3º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2006. www.medicapanamericana.com

• (*)VOET, D; VOET, JG & PRATT, ChW. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2007. www.medicapanamericana.com

• BRESCIA, F.; ARENTS, J.; MEISLICH, H. & TURK, A.: Fundamentos de Química, 3ra. ed., Compañía Editorial Continental, México, 1980.

• CHURCH, D.C.: Fisiología digestiva y nutrición de los rumiantes, Vol. 1, 2 y 3, Acribia, Zaragoza, España, 1983.

• CONN, E.E. & STUMPF, P.K.: Bioquímica fundamental, 3ra. ed., Limusa, México 1977.

• DE ROBERTIS, NOWINSKI, SAEZ. Biología Celular. 12da. Ed. Bs. As., El Ateneo, 1998.

• DEVLIN T. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. 2 Tomos. 3ª Edición. Editorial Reverté 1999, 2000.

• HENRY, J.B.: Todd-Sanford-Davidsohn Diagnóstico y Tratamiento Clínicos por el Laboratorio, Tomos I y II, 8va. ed., Promotora Editorial, México, 1991.

• KOLB, GURTHER, KETZ, SCHRODER, Y SEIDEL. Fisiología Veterinaria. 2a. ed. española. Zaragoza, Acribia, 1976.

• LEHNINGER, Albert. Bioquímica. 3a. ed. Barcelona, Omega, 1979.

• LINDQUIST R. Bioquímica, problemas. Interamericana Mc Graw- Hill (1991).

• MAIDANA, Sergio. Bioquímica de la digestión ruminal. 1a. ed. Resistencia, Moro, 1982.

• MATHEWS C., VAN HOLDE K., AHERN K G. Bioquímica. 3º Edición. Addison Wesley, 2002.

• MAYNARD. Nutrición animal. 7ma. Ed, 1981.

• MONTGOMERY. Bioquímica, casos y texto, 6ta. Ed, 1998.

• MONTGOMERY; DRYER; CONWAY & SPECTOR: Bioquímica Médica, 1ra. ed. en español, Salvat Editores, Barcelona, España, 1984.

• NIEMEYER, H.: Bioquímica, 2da.ed., Intermédica, Buenos Aires, 1974.

• RAWN J. D. Tomos I y II.. –Bioquímica-1ra. Edición. Ed. Interamericana - McGraw-Hill. 1989.

• STRYER L.. Bioquímica. Ed. Reverté, 1995.

• VILLEE S. Biología. 4ta. ed , 1998.

• W.H. Freeman, New York. EN: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=stryer.TOC&depth=10

• La estructura del agua en estado sólido (hielo) es un ejemplo del efecto acumulativo de muchos enlaces de hidrógeno.

• El agua sólida da lugar a una red estructural regular que corresponde al estado cristalino. Forma estructuras geométricas de 24 lados (eicosatetraedro).

• Debido a la estructura abierta, el agua es una de las muy pocas sustancias que se expande en el congelamiento.

Enlaces de hidrógeno

-Son enlaces más débiles que los

covalentes

-El enorme número de puentes

hidrógeno en el agua le confieren

al estado líquido una enorme

cohesión

-Dado que las moléculas se

encuentran en constante movimiento,

los enlaces de hidrógeno se forman y

se rompen permanentemente.

Disolución de sustancias

• Sustancias iónicas y polares (moléculas orgánicas pequeñas con uno o más átomos electronegativos ej. alcohol, aminas, ácidos. La atracción entre los dipolos de esas moléculas y el dipolo del agua hacen que tiendan a disolverse. Se clasifican como hidrofílicas.

*El agua disuelve bien a las sustancias polares e iónicas.

*En las moléculas biológicas abundan grupos polares e

iónicos (OH, SH, COO-, NH3+, PO4-) que facilitan su

disolución.

Propiedades físico-químicas del agua :• a)Acción disolvente.

El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

Interacciones electrostáticasEl agua disuelve muchas sales cristalinas al hidratar sus componentes. El ClNa en estado

cristalino de disuelve en agua, separando sus iones Cl- y Na+, dando lugar a iones hidratados.

Interacciones no polares

Insolubilidad

de sustancias

apolares:

efecto

hidrofóbico

• Una molécula puede tener porciones polares (hidrofílicas) y no polares (hidrofóbicas). Son sustancias anfipáticas. Ej un ácido graso de cadena larga tiene un ácido carboxílico polar (cabeza) y una larga cadena hidrocarbonada C e H no polar (cola).

• En presencia de agua, un compuesto de este tipo tiende a formar estructuras llamadas micelas.

b) Elevada fuerza de adhesión.

Los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al

establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es

responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se

debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces

hasta las hojas.

c) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.

Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente

unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un

liquido casi incompresible.

d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de

calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su

temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a

medida que va liberando energía al enfriarse.

Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de proteccción para

las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la

temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrádos para

disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema

de refrigeración.

e) Elevado calor de vaporización

A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de

agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los

puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua

líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la

energía suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al

estado de vapor.

f) Elevada constante dieléctrica.Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.

g) Punto de ebulliciónTemperatura en que el agua pura cambia al estado de vapor, es de 100º C a nivel del mar.

h) Punto de fusiónTemperatura en que el agua cambia del estado sólido a líquido. Es de 0º C y puede disminuir en presencia de solutos electrostáticos.

Propiedades biológicas

• Disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares.Incluso moléculas biológicas no solubles (ej. lípidos) comodispersiones coloidales

• Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis yoxidación-reducción

• Permite la difusión (principal transporte de muchassustancias nutritivas).

• Termorregulador, permitiendo la vida en una ampliavariedad de ambientes térmicos

• Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructuracelular.

Funciones del agua

Relacionadas con las propiedades

• Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas

• Amortiguador térmico

• Transporte de sustancias

• Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos

• Favorece la circulación y turgencia

• Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos

• Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

Disociación del agua

Disociación del agua. Producto iónico del agua

Se puede considerar una mezcla de:

2H2O H3O+ OH-

En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25ºC es :

agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ )iones hidroxilo (OH-)

Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas

de agua, sólo una se encuentra ionizada.

Esto explica que la concentración de iones hidronio

(H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja.

Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se

le añade un ácido o una base, aunque sea en poca

cantidad, estos niveles varían bruscamente.

H2O H3O+ + OH-

Potencial Hidrógeno (pH)

pH de fluidos biológicos pH = -log [H+]

Medida química de la acidez o alcalinidad (basicidad) de la materia.

Escala de pH: se construye en función de la constante de equilibrio de disociación ácida (Ka) del agua = 0.0000001, expresada abreviadamente por su logaritmo decimal o base 10:

log 0.0000001 = -7 (esto es por los siete ceros)

Al multiplicar esta función por -1, se obtiene un valor positivo: -log 0.0000001 = 7.

Por lo tanto, el pH o potencial de hidrógeno del agua tiene dicho valor, 7.

pH

Relación entre el pH

y las

concentraciones de

H+ y OH- en el agua.

Dado que el

producto de [H+] y

[OH-] es una

constante [10-14],

[H+] y [OH-] están

inversamente

relacionadas

Escala de pH

(Acidos y Bases débiles)

2

HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O

Amortiguadores

• La capacidad de una disolución para minimizar los cambios de pH producidos por la adición

de un ácido o una base se llama capacidad de amortiguación.

• Los fluidos intracelulares y extracelulares poseen esta capacidad, que se necesita para el

mantenimiento de la vida en un organismo.

Sistemas tampón o buffer

Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque

tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado

en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el

pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de

pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la

actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden

generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando

se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par

ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones,

respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el

par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal

de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7, Plasma

sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.