Esta presentación corresponde a la primera clase del semestre 2012 B

1. INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LA
BIOQUIMICA
Definición:
La Bioquímica es una ciencia que estudia la composición química
de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos,
lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas
presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos
compuestos (metabolismo) que les permiten obtener energía
(catabolismo) y generar biomoléculas propias (anabolismo).

3. Además es la ciencia que estudia la base química de la vida: las
moléculas que componen las células y los tejidos, que catalizan
las reacciones químicas del metabolismo celular como la
digestión, la fotosíntesis y la inmunidad, entre otras muchas
cosas.
La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivo
contiene carbono y en general las moléculas biológicas están
compuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno,
nitrógeno, fósforo y azufre.

4. En general podemos entender la bioquímica como una disciplina científica
integradora que aborda el estudio de las biomoléculas y biosistemas;
aplicando las leyes químico-físicas y la evolución biológica que afectan a
los biosistemas y a sus componentes, desde un punto de vista molecular y
tratar de entender y aplicar su conocimiento a amplios sectores de la
Medicina (terapia génica y Biomedicina), la agroalimentación, la
farmacología, etc.
La Bioquímica constituye un base fundamental de la biotecnología, y se ha
consolidado como una disciplina esencial para abordar los grandes
problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales como el cambio
climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de
población mundial, el agotamiento de las reservas de combustible fósil, la
aparición de nuevas formas de alergias, el aumento de cáncer, las
enfermedades genéticas, la obesidad, etc

5. La investigación bioquímica se centra en las propiedades de las
proteínas, muchas de las cuales son enzimas. Por razones históricas
la bioquímica del metabolismo de la célula ha sido intensamente
investigado, en importantes líneas de investigación actuales (como
el Proyecto Genoma, cuya función es la de identificar y registrar
todo el material genético humano), se dirigen hacia la investigación
del ADN, el ARN, la síntesis de proteínas, la dinámica de la
membrana celular y los ciclos energéticos.
La bioquímica es una ciencia experimental y por ello recurrirá
al uso de numerosas técnicas instrumentales propias y de
otros campos, pero la base de su desarrollo parte del hecho
de que lo que ocurre en vivo a nivel subcelular se mantiene o
conserva tras el fraccionamiento subcelular, y a partir de ahí,
poder estudiarlo y sacar conclusiones.

6. Representación esquemática de la molécula de ADN, la molécula portadora de la
información genética

7. Puertas lógicas y circuitos combinacionales implementados con reacciones
bioquímicas enzimáticas

8. DIVISIÓN DE LA BIOQUIMICA
Las ramas de la bioquímica son muy amplias y diversas, y han ido
variando con el tiempo y los avances de la biología, la química y la física.
•Biología celular: (citología) es un área de la biología que se dedica al
estudio de la morfología y fisiología de las células procariotas y
eucariotas. Trata de conocer los orgánulos celulares, su composición
bioquímica y su función en el contexto celular tanto en estados
fisiológicos como patológicos. Es esencial en esta área conocer los
procesos intrínsecos a la vida celular durante el ciclo celular, como la
nutrición, la respiración, la síntesis de componentes, los mecanismos de
defensa, la división celular y la muerte celular.
También se deben conocer los mecanismos de comunicación de células
(especialmente en organismos pluricelulares) o las uniones intercelulares.

11. Es un área esencialmente de observación y
experimentación en cultivos celulares, que,
frecuentemente, tienen como objetivo la identificación y
separación de poblaciones celulares y el reconocimiento
de orgánulos celulares.
Algunas técnicas utilizadas en biología celular tienen que
ver con siembra de cultivos celulares, observación por
microscopía óptica y electrónica, inmunocitoquímcia,
inmunohistoquímica, ELISA o citometría de flujo. Está
íntimamente ligada a disciplinas como histología,
microbiología o fisiología.

12. •Química orgánica: es un área de la química que se encarga del
estudio de los compuestos orgánicos, es decir, aquellos que
tienen enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-
hidrógeno.
Se trata de una ciencia íntimamente relacionada con la
bioquímica, pues en la bioquímica la mayoría de compuestos
biológicos participa el carbono. Así deben saber estructura,
conocimientos sobre enlace químico, interacciones moleculares,
etc.

15. •Genética molecular e ingeniería genética: es un área de la bioquímica y la
biología molecular que estudia los genes, su herencia y su expresión.
Molecularmente, se dedica al estudio del DNA y del RNA principalmente, y
utiliza herramientas y técnicas potentes en su estudio, tales como la PCR y sus
variantes, los secuenciadores masivos, los kits comerciales de extracción de DNA
y RNA, procesos de transcripción-traducción in vitro e in vivo, enzimas de
restricción, DNA ligasas.
Es esencial conocer como el DNA se replica, se transcribe y se traduce a
proteínas (Dogma Central de la Biología Molecular), así como los mecanismos de
expresión basal e inducible de genes en el genoma.
También estudia la inserción de genes, el silenciamiento génico y la expresión
diferencial de genes y sus efectos. Superando así las barreras y fronteras entre
especies en el sentido que el genoma de una especie podemos insertarlo en otro
y generar nuevas especies. Uno de sus máximos objetivos actuales es conocer
los mecanismos de regulación y expresión genética, es decir, obtener un código
epigenético. Constituye un pilar esencial en todas las disciplinas biocientíficas,
especialmente en biotecnología.

16. Puertas lógicas y circuitos combinacionales implementados con reacciones
bioquímicas enzimáticas

17. •Inmunología: área de la biología, la cual se interesa por la
reacción del organismo frente a otros organismos como las
bacterias y virus.
Todo esto tomando en cuenta la reacción y funcionamiento del
sistema inmune de los seres vivos. Es esencial en esta área el
desarrollo de los estudios de producción y comportamiento de
los anticuerpos.

20. •Virología: área de la biología, que se dedica al estudio de los
biosistemas más elementales: los virus. Tanto en su clasificación y
reconocimiento, como en su funcionamiento y estructura molecular.
Pretende reconocer dianas para la actuación de posibles de
fármacos y vacunas que eviten su directa o preventivamente su
expansión.
También se analizan y predicen, en términos evolutivos, la variación
y la combinación de los genomas víricos, que podrían hacerlos
eventualmente, más peligrosos.
Finalmente, suponen una herramienta con mucha proyección como
vectores recombinantes, y han sido ya utilizados en terapia génica.

23. •Farmacología: área de la bioquímica que estudia cómo afectan o
benefician ciertas sustancias químicas al funcionamiento celular en el
organismo.
Se pretende generar racionalmente sustancias menos invasivas y más
eficaces contra dianas biomoleculares concretas. En bioquímica es
esencial una de sus rama, la enzimología que estudia el
comportamiento bioquímico de las enzimas (proteínas) que son
biocatalizadores.
En este sentido, pretende conocer el comportamiento cinético
químico de ciertas reacciones metabólicas, los mecanismos de
catálisis y los procesos de actuación de las enzimas, así como su
modificación.

26. •Enzimología: área de la bioquímica muy ligada a la farmacología.
Estudia el comportamiento de los catalizadores biológicos o
enzimas, como son algunas proteínas y ciertos RNA catalíticos.
Así se cuestiona los mecanismos de catálisis, los procesos de
interacción de las enzimas-sustraro, los estados de transición
catalíticos, las actividades enzimáticas, la cinética de la reacción,
todo ello desde un punto de vista bioquímico.
Estudia y trata de comprender los elementos esenciales del centro
activo y de aquellos que no participan, así como los efectos
catalíticos que ocurren en la modificación de dichos elementos; en
este sentido, utilizan frecuentemente técnicas como la mutagénesis
dirigidas.

28. •Estructura de macromoléculas o bioquímica estructural: es un
área de la bioquímica que pretende comprender la arquitectura
química de las moléculas biológicas especialmente de las proteínas
y de los ácidos nucleicos (DNA y RNA).
Así intentan conocer por qué las macromoléculas son de esa forma,
que interacciones físico-químicas atómicas posibilitan dichas
estructuras, como se pliegan las proteína.
Uno de sus máximos retos es determinar la estructura de una
proteína conociendo sólo la secuencia de aminoácidos, que
supondría la base esencial para el diseño racional de proteínas
(ingeniería de proteínas).

30. •Metabolismo y su regulación: es un área de la bioquímica que
pretende conocer los diferentes tipos de rutas metabólicas a nivel
celular, y su contexto orgánico.
De esta forma son esenciales conocimientos de enzimología y
biología celular.
Estudia todas las reacciones bioquímicas celulares que posibilitan la
vida, y así como los índices bioquímicos orgánicos saludables, las
bases moleculares de las enfermedades metabólicas o los flujos de
intermediarios metabólicos a nivel global.

31. Esquema de una Célula típica animal con sus orgánulos y estructuras

34. FUNCIONES ORGÁNICAS DE INTERÉS
BIOLÓGICO
Las Biomoléculas orgánicas son mucho más complejas y variadas que las de
naturaleza inorgánica. Su misma complejidad hace imperativo una breve revisión
de las biomoléculas como portadoras de funciones químicas orgánicas.
La gran variabilidad estructural de los compuestos orgánicos se debe a la situación
previlegiada del átomo de carbono en la Tabla periódica, ocupando el centro del
segundo período.
El carbono tiene cuatro electrones en el último nivel de energía y debido a su
electronegatividad media puede unirse con otros átomos de carbono, formando
cadena abiertas o cerradas, de longitud variable mediante enlaces sencillos,
dobles o triples; además, esa electronegatividad le permite unirse a otros átomos
electropositivos (H), como electronegativos (O, N, S).

36. A efectos de clasificación, se asigna a cada átomo de Carbono el
nombre de: primario, secundario, terciario o cuaternario, según el
enlace sea con átomos diferentes de carbono.
Por otro lado, las funciones orgánicas se clasifican de acuerdo al
grado de oxidación del carbono portador de la función. El grado de
oxidación de un carbono se define como el número de valencias
que utiliza para enlazar con el oxigeno o con otros átomos
electronegativos (nitrógeno, halógenos, azufre).

38. Así, los hidrocarburos saturados son funciones en grado cero de oxidación.

39. Los Alcoholes son funciones de grado uno

40. Los aldehídos son funciones de grado dos

41. Los ácidos carboxílicos son funciones de grado tres

42. La Urea es función de grado cuarto

43. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
A) El agua
El agua se encuentra en un 60-90% de la materia viva. Su
abundancia depende de la especie, la edad (menor proporción
en individuos más viejos) y la actividad fisiológica del tejido
(mayor porcentaje los que tiene mayor actividad como tejido
nervioso o muscular).
Aparece en el interior de las células, en el líquido tisular y en los
líquidos circulantes.

45. •Estructura
El agua es una molécula dipolar: los electrones que comparten el
O y el H están desplazados hacia el O por su mayor
electronegatividad por lo que esa zona de la molécula tiene una
ligera carga Negativa y la de los H es ligeramente positiva.
Cuando dos moléculas de agua se aproximan, la zona positiva de
una molécula y la negativa de otra se atraen.
Estas interacciones intermoleculares se conocen como puentes de
hidrógeno.

47. •Propiedades y funciones biológicas
A diferencia de otras sustancias de peso molecular semejante, el agua es líquida a
temperatura ambiente.
Debido a su polaridad el agua es buen disolvente de los compuesto iónicos y
polares. Los líquidos orgánicos (citoplasma, líquido tisular, plasma, linfa, savia, ...)
son disoluciones acuosas que sirven para el transporte de sustancias y como
medio en el que se producen las reacciones metabólicas.
El agua no sólo es el medio en el que transcurren las reacciones del metabolismo
sino que interviene en muchas de ellas como en la fotosíntesis, en las hidrólisis y
en las condensaciones.
El calor específico (calor necesario para elevar 1ºC la temperatura de 1 g) es
relativamente elevado, así como el calor de vaporización. Gracias a estas dos
propiedades el agua interviene en la termorregulación.

48. Máxima densidad a 4°C. Como consecuencia el hielo flota sobre el agua
líquida, lo que impide los océanos y otras masas menores de agua se congelen
de abajo a arriba.
En el agua son elevadas las fuerzas de cohesión (atracción entre las moléculas
de agua) y de adhesión (atracción entre el agua y una superficie) lo cual
origina los fenómenos de capilaridad por los que el agua asciende en contra
de la gravedad por conductos de diámetro muy fino (capilares). Estos
fenómenos contribuyen al transporte de sustancias en los vegetales.
Igual que otros líquidos el agua es incompresible y actúa como amortiguador
mecánico (líquido amniótico, líquido sinovial) o como esqueleto hidrostático
(líquido celómico en anélidos).

50. B) SALES MINERALES
1. Sales con función estructural
Aparecen precipitadas formando estructuras esqueléticas, como el
carbonato de calcio (caparazones calcáreos) o el fosfato de calcio (esqueleto
de vertebrados).
2. Sales con función reguladora
Se encuentran ionizadas, disueltas en un medio acuoso.

51. a. Fenómenos osmóticos
Osmosis: difusión a través de una membrana semipermeable (solo permite el
paso del disolvente).
Medios hipertónico (el de mayor concentración), hipotónico (el de menor) o
isotónico (cuando los dos medios separados por la membrana
semipermeable tienen la misma concentración de solutos).
A través de una membrana semipermeable el agua pasa siempre del medio
hipotónico al hipertónico.
Plasmólisis (pérdida de agua de una célula en un medio hipertónico) y
turgencia (la célula se hincha en un medio hipotónico, pudiendo llegar a
estallar (lisis) si carece de pared celular y la diferencia de concentraciones es
grande).

52. b. Regulación del Ph
Soluciones amortiguadoras formados por un ácido débil y su base conjugada
(o viceversa).
El equilibrio H2CO3 ↔ HCO3- + H+ es responsable del mantenimiento del pH
en la sangre. Si el pH tiende a acidificarse el exceso de H+ se une al HCO3-
(que actúa como base) formándose H2CO3 recuperándose el pH inicial.
Ante una basificación del medio el equilibrio se desplaza hacia la derecha
liberándose H+ por disociación del H2CO3 (un ácido débil) recuperándose
también el pH inicial.
La regulación es más precisa porque el H2CO3 se encuentra en equilibrio con
el CO2 disuelto en el plasma (CO2 + H2O ↔H2CO3 ↔HCO3- + H+).

53. c. Cationes que realizan acciones específicas
-Na+ - Impulso nervioso y equilibrio hídrico. Abundante en los
medios extracelulares.
- K+ - Transmisión del impulso nervioso. Contracción muscular.
- Ca2+ - Contracción muscular. Coagulación sanguínea.
Sinapsis. Cofactor. Estructural.
- Mg2+ - Cofactor. Contracción muscular.

54. Para el Sábado 11/08
Conocimiento de Material de Laboratorio.
Para el Viernes 17/08
Lectura sobre Biomoléculas y Células madre.