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

INTRODUCCIÓN TEÓRICAINTRODUCCIÓN TEÓRICA• Bioquímica: definiciones e importancia. •Bioquímica y Medicina Veterinaria. •Terminología científica.•Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. •Agua. Bioelementos.•Fuentes bibliográficas.

CLASE PRÁCTICA ÁULICA / CLASE PRÁCTICA ÁULICA / SEMINARIOSEMINARIO

•Bioseguridad•Materiales e instrumentos de laboratorio•Composición de agua en los 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 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 integral, 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 reacciones o procesos bioquímicos- Toxicología* Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología* Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos

Terminología científica

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 reacciones o procesos bioquímicos- Toxicología* Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología* Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos

Terminología científica

Importancia de la BioquímicaImportancia de la Bioquímicaen las ciencias de la saluden las ciencias de la salud

Importancia de la Bioquímica Importancia de la Bioquímica en las en las Ciencias de la SaludCiencias de la Salud

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

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.

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

Ejemplos de enfermedadesMoleculares

• Enfermedades de origen hereditario (hemofilia, anemias hemolíticas).• Grandes enfermedades somáticas (diabetes, cáncer).• Enfermedades de etiología exógena (infecciones, déficits de vitaminas).• Enfermedades neurológicas (esquizofrenia, enfermedades neurodegenerativas)

Ejemplos de enfermedadesMoleculares

• Enfermedades de origen hereditario (hemofilia, anemias hemolíticas).• Grandes enfermedades somáticas (diabetes, cáncer).• Enfermedades de etiología exógena (infecciones, déficits de vitaminas).• Enfermedades neurológicas (esquizofrenia, enfermedades neurodegenerativas)

Diagnóstico• Modificaciones del pH de fluídos biológicos (orina y sangre) reflejo de una patología.

• Detección de microorganismos (bacterias y virus) mediante ensayos enzimáticos, moleculares (proteínas y AN) e inmunológicos (anticuerpos)

• Prevención y diagnóstico de malformaciones congénitas por análisis de células fetales.

• Detección de marcadores de células tumorales.

Diagnóstico• Modificaciones del pH de fluídos biológicos (orina y sangre) reflejo de una patología.

• Detección de microorganismos (bacterias y virus) mediante ensayos enzimáticos, moleculares (proteínas y AN) e inmunológicos (anticuerpos)

• Prevención y diagnóstico de malformaciones congénitas por análisis de células fetales.

• Detección de marcadores de células tumorales.

Métodos de estudio en Bioquímica

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

1° In vitro -> se integran s/células, órganos; 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.

Técnicas más utilizadas en lainvestigación Bioquímica

• Técnicas de separación: electroforesis, cromatografía.

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

Tejido Homogen.

Pellet: Céls,Núcleos, citoesq.,

membr.

Pellet: Mitoc.,

lisosomas, peroxisomas

Pellet: Micros, fragm.

RE, vesíc. Pellet: Ribosomas y

Macromoléc.

Sobrenadante: Proteínas solubles.

Centrifugación diferencial.

Centrifugación en gradiente de

sucrosa.

Sistema(aparato digestivo)

Órgano(hígado)

Tejido(Tejidohepático)

Célula(hepatocito)

Orgánulo(núcleo)

Molécula(DNA)

Átomo(carbono)

OrganizaciónJerárquica deOrganismos

Multicelulares

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

BIOELEMENTOS ó BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOSELEMENTOS BIOGENÉTICOSBIOELEMENTOS ó BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOSELEMENTOS BIOGENÉTICOS

yyBIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

yyBIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos, solo unos ±20-30 son indispensables y comunes a todos los seres.

CLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOSCLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOSCLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOSCLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOS

Composición de los seres vivosComposición de los seres vivos

• Solamente unos 30 elementos químicos de los 90 presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos

• La mayoría tienen un número atómico bajo, por debajo de 34.

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

• Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc.

Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

• Solamente unos 30 elementos químicos de los 90 presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos

• La mayoría tienen un número atómico bajo, por debajo de 34.

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

• Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc.

Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

Átomos (O, H, N, C, S, P)Átomos (O, H, N, C, S, P)

Moléculas (OMoléculas (O22, H, H22O, COO, CO22, CH, CH44, C, C66HH1212OO66))

Célula Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDAAQUÍ COMIENZA LA VIDA

Biomoléculas inorgánicas:Biomoléculas inorgánicas:

*El agua «Sin agua no hay vida»

*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 OrgánicasBiomoléculas Orgánicas

• 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.

• Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y ciclos.

• La mayoría de la biomoléculas son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado).

Ej. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos

• Al esqueleto carbonado se le añaden grupos

de otros átomos, llamados grupos

funcionales.

• Los grupos funcionales determinan las

propiedades químicas.

Biomoléculas OrgánicasBiomoléculas Orgánicas

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

Niveles de complejidad de las Niveles de complejidad de las

biomoléculas orgánicasbiomoléculas orgánicas

• Moléculas sencillas: metabolitos y unidades

estructurales (glucosa, piruvato, ácidos grasos).

• Macromoléculas: ácidos nucleicos, lípidos, proteínas,

polisacáridos

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.

Jerarquía en la Estructura Celular

Célula eucariota animalCélula eucariota animal

Célula eucariota vegetalCélula eucariota vegetal

Célula procariota

Comparación:Comparación:Diferencias entre células procariotas y eucariotasDiferencias entre células procariotas y eucariotas

Comparación:Comparación:Diferencias entre células procariotas y eucariotasDiferencias 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

u.m.a. = 161s2 2s2 2p4

Hibridación sp3 del oxígenoHibridación sp3 del oxígeno

– Estructura tetraédrica

– Geometría no lineal (angular)

• Distinta electronegatividad de O e H = Molécula polar por la 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

• 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 (menor densidad que el agua líquida).

Interacciones débiles en solución acuosa: El enlace

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.

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

Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración

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.

* 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.

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

* Punto de fusión Temperatura 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) como dispersiones coloidales

• Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación-reducción

• Permite la difusión (principal transporte de muchas sustancias nutritivas).

• Termorregulador, permitiendo la vida en una amplia variedad de ambientes térmicos

• Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura celular.

Funciones del aguaRelacionadas 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.

2 H2O H3O+ + OH-

• 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.

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