PRIMERA CLASE DE BIOQUIMICA

1. BIOQUIMICA IFACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA Definición de bioquímica.- biomoléculas.- bioquímica del estado vital.- transformaciones energéticas en las células vivas.- reacciones químicas en las células vivas

4. Orden

5. Capacidad de replicaciónESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR: Procariotas y Eucariotas

6. CONFIGURACIÓN TETRAÉDRICA DE LOS ENLACES DE CARBONO Los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes . Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica. http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

7. 1.- COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA Todas las formas de vida están constituidas por los mismoselementos químicos que forman los mismos tipos de moléculas. Ello refleja el origen evolutivo común de las células y organismos A.- BIOELEMENTOS Primarios Secundarios Oligoelementos Carbono (C) Hidrógeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N) Azufre (S) Fósforo (P) Magnesio (Mg) Calcio (Ca) Sodio (Na) Potasio (K) Cloro (Cl) Hierro (Fe) Silicio (Si) Manganeso (Mn) Vanadio (V) Cobre (Cu) Cromo (Cr) Zinc (Zn)Cobalto (Cu) Flúor (F) Selenio (Se) Yodo (I) Molibdeno (Mb) Boro (B) Estaño (Sn)

8. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

9. OLIGOELEMENTOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

10. COMBINACIONES ENTRE ELEMENTOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

12. Interacciones débiles: Carga-Carga Dipolo-dipolo Fuerzas de van der Waals Enlaces de hidrógeno

13. “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

14. DadorAceptor EJEMPLOS AGUA AGUA CON OTRAS MOLÉCULAS PROTEINAS Y ACIDOS NUCLEICOS ENLACES DE HIDRÓGENO

16. ORGÁNICAS: Pr, Ac. Nucleicos, HC, L (macromol.)ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE MACROMOLÉCULAS POLISACÁRIDOS: polímero de función estructural (celulosa) o de almacen de energía (glucógeno) AC. NUCLEICOS: polímeros de 4 nucleótidos con función en el almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. PROTEINAS: combinación de 20 aa. Distintas funciones (catalítica, estructural, transporte, hormonas, anticuerpos, receptores. LIPIDOS: no polimeriza, se asocian. Función estructural o funcional.

17. 2.- CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA VIVA Los seres vivos están constituidos por moléculas químicas que interaccionan entre sí en un medio acuoso adquiriendo nuevas propiedades físico-químicas que dan lugar al fenómeno vital COMPLEJIDAD ORDEN, intercambian materia y energía con el entorno REPLICACIÓN: la vida se autorreproduce

18. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR Las células son las unidades de la vida. Según su estructura hay dos grandes clases de organismos PROCARIOTAS: UNICELULARES EUCARIOTAS: UNICELULARES PLURICELULARES

19. http://danival.org/notasbio/clas/procariota_eukariota_2.html

21. El agua como disolvente

22. Ionización

24. ACCIÓN DISOLVENTE DEL AGUA El agua es el disolvente universal en los medios intra y extracelulares debido a su naturaleza polar y su tendencia a formar enlaces de hidrógeno. Moléculas hidrófilas Alcoholes, aminas, -SH, ésteres (capaces de formar enlaces de H) Compuestos iónicos http://enfenix.webcindario.com/biologia/molecula/agupropi.html

25. Moléculas hidrófobas RELATIVAMENTE INSOLUBLES EN AGUA Hidrocarburos alifáticos y aromáticos o sus derivados que no pueden formar enlaces de H

26. Moléculas anfipáticas PROPIEDADES HIDRÓFILAS E HIDRÓFOBAS Acidos grasos y detergentes Monocapas Micelas Bicapas “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

27. COMPOSICIÓN APROXIMADA DEL ORGANISMO (%) AGUA 60% MINERALES 5,5 LÍPIDOS 20 ACIDOS NUCLEICOS >1 CARBOHIDRATOS 1 PROTEINAS 14

28. COMPOSICIÓN APROXIMADA DEL ORGANISMO (%) AGUA 60% MINERALES 5,5 LÍPIDOS 20 ACIDOS NUCLEICOS >1 CARBOHIDRATOS 1 PROTEINAS 14

30. Ionización del agua

32. ión bicarbonato ácido carbónico SOLUCIONES TAMPÓN O AMORTIGUADORAS Mantienen el pH fisiológico Están formados por ácidos débiles y sus bases conjugadas Tampón bicarbonato: mantiene el pH de los líquidos intercelulares en valores próximos a 7,4 OTROS TAMPONES FISIOLÓGICOS H2PO4-/HPO42- (pKa = 6,86) Mantiene el pH intracelular Proteínas (pKa próximo a 7) NH4+/NH3Tampona la orina

33. Célula

36. La Célula Es la unidad estructural básica de la vida. Roberto Hooke, Físico inglés en 1665, observó al microscopio cortes de corcho y le dió el nombre de células a las estructuras parecidas a las celdillas de un panal. Años mas tarde el botánico alemán Matias J. Schleiden opinó que todas las plantas estaban formadas por células. Al siguiente año el zoólogo alemán TheodorSchwann. Puntualizó que los animales también están formados por células. Se establece la teoría celular.

37. De acuerdo al grado de complejidad en la organización de sus estructuras se dividen en: -Células procariontes: bacterias (ejem. Salmonella) -Células eucariontes: protozoarios (ejem. Amiba), hongos (ejem. levadura) plantas (ejem. pino) y animales (ejem. Mariposa)

38. Esquema de una célula eucarionte: célula vegetal

39. Esquema de una célula eucarionte: célula animal

40. En 1855 el médico alemán Rudolf Virchow concluyó que las células nuevas solo pueden originarse por reproducción de células preexistentes. Propone el aforismo OMNIS CELLULA E CELLULA, Es decirtodas las células proceden de otras células por medio de la reproducción. Se fortalece la teoría celular.

41. Características generales de la célula Hay células de forma y tamaño variado, como algunas bacterias con forma cilíndrica, de menos de un micrómetro de longitud .

42. También tenemos las células nerviosas de los animales, que pueden alcanzar varios metros de longitud.

43. Se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no cuenta al menos con una célula .

44. Muchos seres vivos pueden estar formados por muchos millones de células, organizadas en tejidos, órganos, aparatos y sistemas.

45. Estructura físico-química y funciones de los componentes celulares Protoplasma: toda la materia de la célula funciona como material vivo incluyendo procesos vitales. Se halla en estado de cambio constante. Es un coloide, el aumento de temperatura, la absorción de otra energía afecta a las condiciones.

46. Membrana celular o plasmática Estructura necesaria e indispensable para todas las células vivas, constituye el paso de todas las sustancias que entran y salen del protoplasma, formada por una bicapa de lípidos con proteínas intercaladas a manera de un mosaico. Altamente selectiva y semipermeable sirve de barrera. Las características de la membrana celular o plasmática son las mismas para las membranas de la vacuola, núcleo, retículo endoplásmico, mitocondrias, etc.

47. CAPA 1 DE LÍPIDOS CAPA 2 DE LÍPIDOS PROTEÍNA Esquema del modelo de mosaico de la Membrana plasmática

48. Núcleo Solo esta presente en células eucariontes, contiene la mayor parte del material genético, es el centro de control, tiene doble membrana (envoltura nuclear) la cual separa a los cromosomas del resto de la célula. Jugo nuclear: es donde se lleva acabo las reacciones químicas del núcleo.

49. Núcleo celular CITOPLASMA NÚCLEO Imagen de un núcleo con el microscopio electrónico

50. Composición de una célula de Escherichia Coli 42

51. 43 Funciones de las biomoléculas Estructural de membrana Reserva Lípidos Protección Transporte Hormonal

52. 44 Clasificación Biomoléculas Ác. Nucleicos Glúcidos Lípidos Proteínas Glicerol, ácidos grasos, etc Monosacáridos: fundamentalmente glucosa Base nitrogenada, pentosa, fosfato Aminoácidos

53. 45 Clasificación Biomoléculas Ác. Nucleicos Glúcidos Lípidos Proteínas Glicerol, ácidos grasos, etc Monosacáridos: fundamentalmente glucosa Base nitrogenada, pentosa, fosfato Aminoácidos

55. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS Oligoelementos (Ca, Na, K, I, Fe, etc) Primarios (C, H, O, N, P, S) forman Biomoléculas pueden ser Orgánicas Inorgánicas como como Lípidos Glúcidos A. Nucleicos Proteínas Simples S.minerales Agua presenta se encuentran como N2, O2 Disueltas (Na+, Cl-) Propiedades físico- químicas Funciones biológicas Precipitadas (CaCO3) como como Elevada fuerza de cohesión Alto calor específico Alto calor de vaporización Alta constante eléctrica Mayor densidad en estado líquido Disolvente Bioquímica Transporte

56. GLÚCIDOS se clasifican Monosacáridos Glucoconjugados Polisacáridos Oligosasacáridos se unen por formando Enlace O-glucosídico se clasifican son Aldosas Cetosas Homopolisacáridos Heteropolisacáridos Disacáridos Peptidoglucanos Glucoproteínas Glucolípidos ejemplos ejemplos ejemplos ejemplos GALACTOSA GLUCOSA RIBOSA DESOXIRRIBOSA Lactosa Sacarosa Maltosa Celobiosa Pectina Agar Agar Goma arábiga RIBULOSA FRUCTOSA Vegetales Animales Reserva Celulosa Almidón Quitina Glucógeno Estructural LOS GLÚCIDOS

57. LOS LÍPIDOS LÍPIDOS se clasifican Saturados formados por Insaponificables Saponificables Ácidos grasos Insaturados Lípidos complejos Lípidos simples Esteroides Prostaglandinas Terpenos Glucolípidos Ceras Acilglcéridos Fosfolípidos Sebos Gangliósidos Fosfoglicéridos Fosfoesfingolípidos Cerebrósidos Aceites Hormonas esteroideas Esteroles Hormonas Suprarrenales Hormonas Sexuales ejemplos ejemplo ejemplos ejemplos Aldosterona Cortisona Progesterona Testosterona Colesterol Carotenoides Vitamina A,E,K función función función se encuentran iimplicados función función Estructural Reserva Membranas celulares Relación celular Vitamínica Estructural Regulación

58. LAS PROTEÍNAS PROTEÍNAS ESTRUCTURA CLASIFICACIÓN FUNCIONES 20 (según R) se distinguen Aminoácidos Colágeno Estructural Contráctil Ej Fibrosas unidos por Actina/Miosina Enzimática Reserva Enlace peptídico Holoproteínas Albúminas Ej. Defensa Transporte formando Globulares Globulinas Péptidos o proteínas Hormonal Ej. Nucleoproteínas Cromatina tienen Organización estructural Ej. Fosfoproteínas Caseína Secuencia de aminoácidos es la E. primaria Ej. Cromoproteínas Hemoglobina Heteroproteínas  hélice Proteoglucanos E. secundaria Ej. Glucoproteínas definida por Conformación  FSH, TSH... Plegamiento espacial E. terciaria Ej. Lipoproteínas HDL, LDL Proteínas oligoméricas sólo en E. cuaternaria

59. LAS ENZIMAS ENZIMAS CLASIFICACIÓN FUNCIÓN ESTRUCTURA puede ser Oxidorreductasas Transferasas Hidrolasas Liasas Isomerasas Ligasas Estrictamente proteica Holoenzima Biocatalizadores actúan formada  Energía activación  velocidad reacción Cofactor Apoenzima naturaleza de naturaleza Inorgánica Orgánica Cinética enzimática Concent. sustrato Temperatura pH Inhibidores llamados actúan como tipos Coenzimas Reversibles Irreversibles por ejemplo tipos Vitaminas se clasifican en No competitivos Competitivos Liposolubles (A, D, E, K) Hidrosolubles (B, C)

60. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Ac. fosfórico + Nucleósido (Azúcar pentosa + Base nitrogenada) NUCLEÓTIDOS polimeros de A, G, C, U polimeros de A, G, C, T ARN ADN ATP, cAMP, GTP, ... Funciones varias (segundos mensajeros, energética, ...) Niveles de empaquetamiento crecientes Conformación en hélice A, B o Z ARNm ARNr ARNt Ribozimas En eucariotas En procariotas Función catalítica Enrrollamiento en superhélice Nucleosoma Collar de Perlas Fibra de cromatina Bucles radiales Cromosoma lineal Síntesis de proteínas Cromosoma bacteriano

61. Escala de pH Es la forma de medir el grado de acidez de una disolución. pH = - log [ H + ] Existen varios procesos bioquímicos, se encuentran determinados por el pH como el transporte de oxígeno en la sangre. Las soluciones básicas tienen valores de pH mayores de 7.0 las soluciones ácidas tienen valores de pH menores de 7.0 .

62. Escala de pH

63. pH fisiológico = 7.4 . La sangre de los pacientes que sufren de ciertas enfermedades, como la diabetes tienen un pH menor a 7, condición llama acidosis. El estado en el que el pH es mayor a 7.4, se llama alcalosis y puede deberse a vómitos excesivos y prolongados o a hiperventilación.

64. Bioenergética y composición molecular de las células

66. Reconocer las principales moléculas biológicas

67. Identificar los grupos funcionales

69. La energía, ni se crea ni se destruye: se transforma Equivalencia entre calor y trabajo. Identifica el calor como una forma de energía ENTALPÍA (H): Contenido total del energía de un sistema (energía interna más los cambios en presión y volumen de todo el conjunto de moléculas) Sistemas que producen calor: D H – Sistemas que absorben calor: D H +

70. Reacción Exotérmica o Exergónica A (contenido energético alto)------------->B (contenido energético bajo) +calor Reacción Endotérmica o Endergónica hielo (contenido energético bajo) +calor ------ agua (contenido energético alto)

71. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICATodo proceso ocurre desde un estado de baja probabilidad (ordenado) a otro de mayor probabilidad (desordenado) ENTROPÍA (S): Medida del desorden o azar del sistema.Cada proceso se acompaña de un incremento de la entropía del universo La catálisis enzimática es favorable pues en ella el DS es +

72. Relaciones entre los parámetros termodinámicos

73. Las reacciones exergónicas liberan energía

74. Las reacciones endergónicas requieren de un suministro de energía

75. Las reacciones químicas están acopladas

76. REACCIONES ACOPLADAS DENTRO DE LAS CELULAS VIVAS

77. Agua Oxígeno Iones inorgánicos Moléculas orgánicas CÉLULA Organelas Asociaciones supramoleculares Macromoléculas o moléculas biológicas Unidades estructurales Compuestos intermedios Elementos del entorno

78. 75-80% Agua, iones inorgánicos, moléculas orgánicas (azúcares, ácidos grasos, vitaminas) 20-25% Macromoléculas: proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos Almacenan y distribuyen energía Mensajeros químicos H2O, iones, moléculas orgánicas pequeñas, monómeros PROTEINAS POLISACARIDOS polímeros LIPIDOS ACIDOS NUCLEICOS

79. Todos los sistemas vivientes están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los sistemas vivientes . Algunos elementos concretos poseen propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los sistemas vivientes ELEMENTOS BIOGÉNICOS o BIOELEMENTOS

80. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías: Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N Bioelementos secundarios: S, P, Mg, Ca, Na, K, ClLos encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5% Oligoelementos: elementos químicos presentes en los organismos en trazas, pero indispensables para su desarrollo armónico. Los sistemas vivientes poseen 60 oligoelementos. De ellos 14 pueden considerarse comunes a todos: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, Va, Cr, Co, Se, Mo y Sn

82. La conformación espacial tetraédrica, es responsable de la actividad biológica.

84. Enlaces iónicos

85. Interacciones de van der Waals

87. Propiedades químicas del oxígeno Oxígeno Agua Alimentos (energía) Bienestar de los seres humanos Neuronas(3-5 min) Células cardiacas, hepáticas(30-120 min) Fibroblastos, epitelio de piel (varias horas) Falta de oxígeno(anoxia) es lo que lleva mas rápido a la muerte Oxígeno es un buen agente oxidante porque está deficiente de electrones .. . :O:O: . .. O2 + e- O-2 H2 O2 H2O + ½ O2 2 O-2 + 2H+ O2 + H2 O2

88. GSH, 1% (oxid.) 99% (red.) Estado de óxido-reducción de la célula Está determinado por el equilibrio entre las contrapartes oxidadas y reducidas de los distintos compuestos biológicos presentes en ella, principalmente de aquellos que se encuentran en mayor proporción. El tripéptido glutation (GSH, g-L-glutamil-L-cisteinil-glicina) debido a su alta concentración intracelular (5-10 mM), se considera un regulador homeostático del estado de óxido- reducción celular

89. Estrés oxidativo Es un estado de la célula en la cual se encuentra alterada la homeostasis óxido-reducción intracelular, es decir el balance entre prooxidantes y antioxidantes Radical superóxido (O2-) Peróxido de Hidrógeno (H2O2) Radical oxidrilo (HO) Especies reactivas del Oxígeno (EROs) : Moléculas químicas, radicales y no radicales que son agentes oxidantes y/o son fácilmente convertidos a radicales. Fuentes exógenas generadoras de EROs en los organismos: antibióticos, medicamentos (ej. paracetamol) contaminantes (ej. dióxido de carbono, ozono, humo de cigarrillo), quimioterapia y exposición a radiaciones: UV, ionizantes, etc.

90. El agua, una molécula simple y extraña

91. Medio donde ocurren las reacciones metabólicas Sistemas de transporte PROPIEDADES DEL AGUA DISOLVENTE

92. PROPIEDADES DEL AGUA Elevadas fuerzas de cohesión y adhesión: Cohesión y adhesión responsables del fenómeno de CAPILARIDAD Gran calor específico: 4,184 J/g.°C. Calor específico: cantidad de calor que se requiere para elevar un ºC la temperatura de un gramo de ella. Elevado calor de vaporización: Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a 20 ºC

93. FUNCIONES DEL AGUA 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 (H+) o hidroxilos ( OH - ) al medio.

94. Ionización del agua: es reversible pH: es el potencial de iones hidrógeno pH = - log [H+]

96. sangre venosa 7.35

97. líquido intracelular 6 a 7.4

98. orina 6.8 a 7.2

99. sudor 5 a 7.0

100. jugo gástrico 2.0 a 2.5Acidosis: pH sanguíneo menor 7.36 Alcalosis: pH sanguíneo mayor 7.44

102. Han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos.Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente Buffers biológicos: par carbonato-bicarbonato par monofosfato-bifosfáto

103. QUE APRENDIMOS ¿ Puede definir y explicar las magnitudes termodinámicas? ¿Qué implica para la célula el segundo principio de termodinámica? ¿Por qué son importantes los enlaces químicos para la estructura viviente? ¿Qué implicancias tienen las especies oxígeno reactivas? ¿Qué significado tiene para los sistemas vivientes la estructura y comportamiento de la molécula de agua? ¿ Para que sirven los sistemas tampón?