1. BIOQUIMICA
Yolanda Salazar

2. Tema 1. Introducción a la
Bioquímica
Fundamentos celulares.
Composición química.
Fundamentos genéticos.
Fundamentos evolutivos.
Seres vivos y energía.

3. La extraordinaria variedad de los seres vivos

4. Características de los seres vivos
 Seres vivos: nacen, crecen, se reproducen y
mueren. Además intercambian materia, energía e
información con el medio que les rodea.
 ¿Qué es la vida? Una propiedad que no se puede
definir ni medir. Algunas de sus manifestaciones
pueden ser medidas, otras solo observadas.
 Las manifestaciones de la vida que se pueden
medir son objeto de estudio de la Bioquímica.
 Un ser vivo procede de otro ser vivo, no puede
haber vida a partir de materia inanimada.

5. Bioquímica: definición y
principios
La Bioquímica es la ciencia que
estudia los seres vivos a nivel
molecular mediante técnicas y
métodos físicos, químicos y
biológicos.

6. 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 porqué se transforman?
 ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan?
 ¿Porqué son estructuras muy ordenadas?
 ¿Cómo se transmite la información genética?
 ¿Cómo se expresa y controla la información
genética?

7. Técnicas más utilizadas en la
investigación Bioquímica
 Técnicas de separación: electroforesis,
cromatografía.
 Técnicas analíticas: espectrometría,
fluorimetría, difracción de rayos X,
resonancia magnética nuclear (RMN),
 dicroísmo circular.

8. Fundamentos celulares
 Célulasprocariotas y eucariotas
 Tres dominios en los seres vivos
 Fotótrofos y quimiótrofos
 Citoesqueleto
 Complejos macromoleculares

9. Membrana Plasmática
La membrana plasmática define la extensión de la célula y
mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de ésta
y su entorno.
•No es una barrera pasiva
•Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual
concentración de iones a ambos lados de ella.
•Permite que los nutrientes penetren y los productos residuales
salgan de la célula.

10. Componentes bioquímicos de
las membranas
Lípidos
Estructura general de los fosfolípidos:
Fosfolípidos
O O
Grupo Hidrofílico
O P O- O P O-
Grupo de cabeza polar (polar) O
O
CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
Doble enlace cis
Colas Hidrofóbicas
(no polar)
Cadenas hidrocarbonadas
Cadenas hidrocarbonadas
Insaturadas con dobles enlaces cis
Saturadas rectas

11. Componentes bioquímicos de
las membranas
Lípidos:
Glucolípidos
•Lípidos que contienen oligosacáridos
•Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa
•Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior.
Espacio Extracelular
Citosol

12. Componentes bioquímicos
de las membranas
Lípidos:
Colesterol
Cabeza polar
Cabeza polar
Estructura Región rígida
rígida de colesterol
del anillo
esteroide
Región más
fluída
Cola
hidrocarbonada
no polar
Posición del colesterol
en la bicapa

13. Citoplasma
 El citoplasma está compuesto
por una disolución acuosa, el
citosol, y una variedad de
partículas en suspensión con
funciones específicas.
 El citosol es una solución muy
con-centrada que contiene:
enzimas y las moléculas de RNA
que los codifican; las
subunidades monoméricas
(aminoácidos y nucleótidos) a
partir de las cuales se forman
estas macromoléculas;
centenares de pequeñas
moléculas orgánicas
denomina-das metabolitos.
 Todas las células tienen, al
menos durante una parte de su
ciclo vital, un núcleo o un
nucleoide, en el que se
almacena y replica el genoma.

14. Células
 Las células que poseen envoltura nuclear se
denominan euca-riotas (del griego eu,"verdadero",
y karyoyi, "núcleo"); las que no poseen envoltura
nuclear (las células bacterianas) se denominan
procariotas (del griego pro, "antes").

15. Dimensiones Celulares
 La mayor parte de células son de tamaño
microscópico. El diá-metro típico de las células
animales y vegetales es de unos 5 a 100 /um, y
muchas bacterias tienen una longitud de tan sólo 1
a 2 /um
 El límite superior del tamaño celular viene marcado
por la velocidad de difusión de las moléculas
disueltas en sistemas acuosos.
 La re-lación superficie/volumen representa el
teórico límite superior del tamaño de la célula.

16. Filogenia de los tres
dominios de la vida
 Procariotas: las arquebacterias (del griego archa, "origen") y las eubacterias
(del griego eu, "verdadero").
Eubacterias habitan en el suelo, en las aguas superficiales y en los tejidos de otros
organismos vivos o en descomposición (Escherichia coli)
Arquebacterias se han descubiertas recientemente habitan en medios muy
extremos.
 Eucarióticos, constituyen el tercer dominio.

17. Hábitats
Los hábitats aeróbicos, con abundante oxígeno, los organismos obtienen su energía
mediante la transferencia de electrones desde las moléculas de combustible al
oxígeno.
Anaeróbicos, privados de oxígeno, lo que obliga a que los microorganismos a
obtener su energía mediante la transferencia de electrones hacia el nitrato
Los organismos
pueden clasificarse
a partir de su
forma de obtener
la energía y el
carbono que
necesitan para la
sínte-sis de material
celular

18. Procariotas
Escherichia coli es la célula procariótica
mejor estudiada
 La E. coli tiene aproximadamente 2
um de longitud
 Posee una membrana externa
protectora y una membrana
plasmática interna que engloba el
citoplasma y el nucleoide.
 Entre las membranas interna y externa
se sitúa una capa fina pero resistente
de peptidoglucanos que proporciona
a la célula su forma y rigidez
características.
 La membrana plasmática y las capas
que la rodean constituyen la
envoltura celular.
 Es del grupo Archaea

19. Eucariotas
 Son mucho
mayores que las
células
procarióticas.
 Núcleo y los
orgánulos
rodeados de
membrana que
llevan a cabo
funciones
específi-cas.
 Células vegetales
vacuolas y
cloroplastos.
 Albert Claude,
Christian de Duve
y George Palade

20. Citoesqueleto
 Filamentos de proteína que se entrecruzan en la célula euca-riótica y
forman una trama tridimensional e interconectada.
 Actina, los microtúbulos y los filamentos intermedios.
 Estructura y organización al citoplasma y mantienen la forma de la célula.
Los filamentos de actina y los microtúbulos colaboran también en el
movimiento de los orgá-nulos o en el movimiento celular global.

21. Citoplasma dinámico
 Los filamentos del citoesqueleto se desagregan para reestructurarse en
otro lugar distinto. Las vesículas membranosas brotan de un orgánulo y se
fusionan con otro.
 Los orgánulos se mueven por el cito-plasma a lo largo de filamentos de
proteína gracias a la energía de motores proteicos.
 La exocitosis y la endocitosis, mecanismos de transporte (hacia el exterior
y el interior de las células, respectivamente) .

22. Las células construyen
estructuras supramoleculares
 Las macromoléculas y sus subunidades monoméricas son de tamaño muy
diferente.
 Las subunidades monoméricas de proteínas, ácidos nuclei-cos y
polisacáridos se unen mediante enlaces covalentes. Sin embargo, en
complejos supramoleculares, las macromoléculas se mantienen unidas
mediante interacciones no covalentes -mucho más débiles,
individualmente, que los enlaces covalen-tes

23. Resumen
 Todas las células están rodeadas por una membrana plasmática,
poseen un citosol que contiene metabolitos, coenzimas, iones
inorgánicos y enzimas y poseen un conjunto de genes contenidos
en un nucleoide (procariotas) o un núcleo (eucariotas).
 Los fotótrofos utilizan la luz del sol para realizar trabajo; los
quimiótrofos oxidan combustibles mediante la transferencia de
electrones a buenos aceptores electrónicos: compuestos
inorgánicos, compuestos orgánicos u oxígeno molecular.
 Las células bacterianas contienen un citosol, un nucleoide y
plásmidos. Las células eucarióticas tienen un núcleo y contienen
orgánulos específicos, los cuales pueden ser separados y
estudiados de modo aislado.
 Las proteínas del citoesqueleto se asocian formando largos
filamentos que confieren forma y rigidez a las células y son el
soporte para el movimiento de los orgánulos a través de la célula.
 Los complejos supramoleculares se mantienen estables mediante
interacciones no covalentes y dan lugar a estructuras de diversos
tamaños.

24. Fundamentos químicos
Antoine Lavoisier (1743-1794) observó la
relativa simplicidad química del "mundo
mineral" en contraste con la complejidad
de los "mundos animal y vegetal"; se sabía
que estos últimos esta-ban formados por
compuestos ricos en carbono, oxígeno,
ni-trógeno y fósforo.

25. Composición de los seres
vivos
 Solamente unos 30 elementos químicos de los
más de 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.

27. Tabla Periódica
http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm

28. Biomoeculas compuestos
de carbono
Carbono
 Poco abundante en la corteza terrestre (0.027%). Se encuentra puro
(grafito, diamante) y combinado formando sales (carbonatos).
 Su importancia radica en su presencia en los seres vivos.
 Hace 150 años se le denominó compuesto orgánico.
 Gran facilidad para enlazarse con otros átomos pequeños.
 La química de los organismos vivos se organiza alrededor del
carbono, que representa más de la mitad del peso seco de las
células. El carbono puede formar enlaces simples con átomos de
hidrógeno y tanto enlaces simples como dobles con los átomos de
oxígeno y de nitrógeno.
 El dióxido de carbono (CO2) es un componente secundario de la
atmósfera. Contribuye al llamado efecto invernadero. Es la fuente de
C para todas las moléculas orgánicas halladas en los organismos.
 El monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico porque interfiere en la
capacidad de la hemoglobina de unirse al oxígeno

29. Biomoléculas
 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
Moléculas sencillas: metabolitos y unidades
estructurales (glucosa, piruvato, ácidos
grasos).

30. Macromoleculas
 Gran parte de las moléculas biológicas
son macromoléculas, polímeros de alta
masa molecular construidos a partir de
pre-cursores relativamente simples. Las
proteínas, los ácidos nu-cleicos y los
polisacáridos son el resultado de la
polimerización de subunidades
relativamente pequeñas de masa
molecular relativa igual o inferior a 500.

31. Macromoleculas
 Proteínas, largos polímeros de aminoácidos, constitu-yen,
excluyendo el agua, la fracción celular más importante. Al-gunas
proteínas tienen propiedades catalíticas y actúan como
enzimas.
 Los ácidos nucleicos, DNA y RNA, son polímeros de nucleótidos.
Almacenan y trans-miten la información genética y algunas
moléculas de RNA de-sempeñan papeles estructurales y
catalíticos en complejos supramoleculares.
 Los polisacáridos, polímeros de azúcares simples como la
glucosa, tienen dos funciones: sirven como alma-cén de
combustibles energéticos y como elementos estructura-les
extracelulares que proporcionan sitios de fijación específicos
para determinadas proteínas.
 Los lípidos, derivados grasos o aceitosos de hidrocarburos, sirven
como componentes estructurales de las membranas, re-serva de
combustible rico en energía, pigmentos y señales intracelulares.

32. Estructura Tridimencional
 Los enlaces covalentes y los grupos funcionales de las biomoléculas son
de importancia central para su función, al igual que la distribución de los
átomos de una biomolécula en el espacio tridimensional (su
estereoquímica).
 Los compuestos de car-bono existen normalmente como
estereoisómeros, molécu-las que contienen los mismos enlaces químicos
pero con una estereoquímica diferente, es decir, con diferente
configura-ción o relación espacial entre sus átomos constituyentes.
 Las interacciones entre las biomoléculas son invariablemente
estereoespecíficas, lo que implica que las moléculas que interactúan
deben tener una estereoquímica concreta.

33. Interacciones
Estereoespecíficas
 Las interacciones
biológicas entre
moléculas son
estereoespe-cíficas: su
"encaje" debe ser
correcto
estereoquímicamente. La
estructura tridimensional
de las biomoléculas
grandes y peque-ñas es
de importancia primordial
en sus interacciones
biológi-cas: un reactivo
con su enzima, una
hormona con su receptor
de membrana celular, un
antígeno con su
anticúenlo específico son
ejemplos de ello.

34. Resumen
 Gracias a su versatilidad de enlace, el átomo de carbono puede
producir una amplia variedad de esqueletos carbono-carbono
con diversidad de grupos funcionales; estos grupos son los que
confieren su personalidad biológica y química a las biomoléculas.
 Las células vivas contienen un conjunto casi universal compuesto
por unos centenares de moléculas de baja masa molecular.
 Las proteínas y los ácidos nucleicos son polímeros lineales de
subunidades monoméricas simples; sus secuencias contienen la
información para definir su estructura tridimensional y sus funciones
biológicas.
 La única manera de cambiar la configuración molecular es
mediante la rotura de enlaces covalentes. Si un átomo de carbono
tiene cuatro sustituyentes diferentes, éstos pueden ordenarse de
dos modos diferentes, generando estereoisómeros con
propiedades diferentes.
 De modo prácticamente invariable, las interacciones entre
moléculas biológicas son estereoespecíficas: requieren el encaje
complementario entre las moléculas que interactúan.

35. Fundamentos Físicos
 Las células han desarrollado, a lo largo de la
evolución, mecanismos muy eficientes para el
acoplamiento de la energía obtenida de la luz
solar o de los combustibles con muchos pro-cesos
celulares que consumen energía. Uno de los
objetivos de la bioquímica es la comprensión, en
términos químicos y cuan-titativos, de los
mecanismos de extracción, canalización y
con-sumo de la energía en las células vivas.
Podemos considerar las conversiones de la
energía celular en el contexto de las le-yes de la
termodinamica.

36. Fundamentos físicos
 Los organismos vivos
existen en un estado
estacionario dinámico y
no se encuentran nunca
en equilibrio con los de su
entorno.
 Los organismos
transforman energía y
materia de su entorno.
Sistema, entorno, universo
Aislado, Cerrado, Abierto
Nutrientes, Luz solar.
 El flujo de electrones
proporciona energía para
los organismos.

37. Fundamentos físicos
 Las células no
fotosintéticas extraen
energía para sus
necesidades mediante la
oxidación de los
productos ricos en
energía.
 El DNA, el RNA y las
proteínas son
macromoléculas
informati-vas. Además de
usar energía química para
formar los enlaces
covalentes entre las
subunidades de estos
polímeros, las célu-las
deben invertir energía
para ordenar las
subunidades en su
secuencia correcta.

38. Fundamentos físicos
 La cuestión central de la bioenergética es el modo mediante el
cual la energía obtenida de la luz o del metabolismo de los
com-bustibles se acopla a la energía requerida por las
reacciones celulares.
 Todas las reacciones químicas celula-res tienen lugar a una
velocidad significativa gracias a la presencia de enzimas -
biocatalizadores que provocan un gran incremento en la
velocidad de reacciones químicas específicas sin consumirse en
el proceso.
 Las células vivas no son sólo capaces de sintetizar
simultánea-mente miles de clases diferentes de moléculas sino
que ade-más son capaces de hacerlo en las proporciones
precisas que son necesarias para la célula en cualquier situación

39. Metabolismo
 El metabolismo es la suma de muchas
secuencias de reacciones
interconectadas en las que se
interconvierten metabolitos celulares.
Cada secuencia está regulada de
manera que produzca lo que la célula
necesita en cada momento y consuma
sólo la energía necesaria.

40. Resumen
 Las células vivas son sistemas abiertos que intercambian materia y
energía con su entorno, extrayendo y canalizando energía para
mantenerse en un estado estacionario dinámico distante del
equilibrio. La energía se obtiene de la luz solar o de los
combustibles, conviniendo la energía de un flujo electrónico en
energía de los enlaces químicos del ATP.
 La tendencia de una reacción química para llegar al equilibrio
puede expresarse como la variación en su energía libre AG
 La mayor parte de las reacciones celulares tiene lugar a
velocidades útiles porque existen enzimas que las catalizan.
 El metabolismo es la suma de muchas secuencias de reacciones
interconectadas en las que se interconvierten metabolitos
celulares. Cada secuencia está regulada de manera que
produzca lo que la célula necesita en cada momento y consuma
sólo la energía necesaria.

41. Fundamentos Genéticos
 Posiblemente, la propiedad más notable de
las células y orga-nismos vivos es su
capacidad para reproducirse con fidelidad
casi perfecta a lo largo de incontables
generaciones. Esta con-tinuidad de rasgos
heredados implica que, a lo largo de millones
de años, la estructura de las moléculas que
contienen la infor-mación genética ha
debido permanecer constante.

42. Fundamentos Genéticos
 Acido desoxirribonucleico o
DNA, los nucleótidos (o más
exactamente, los
desoxirribonucleótidos) de
este polímero lineal, lleva
codificadas las instrucciones
para formar todos los demás
componentes celu-lares y
actúa además como molde
para la producción de
molé-culas idénticas de DNA
que serán distribuidas a la
progenie al dividirse la célula.
 La estructura del DNA hace
posible su replicación y
reparación casi perfecta.
 La secuencia lineal del DNA
codifica proteínas con
estructura tridimensionales.

43. Resumen
 La información genética está codificada en la
secuen-cia lineal de cuatro desoxirribonucleótidos
en el DNA.
 La molécula de DNA en doble hélice contiene un
molde interno que permite su propia replicación y
reparación.
 La secuencia lineal de aminoácidos de una
proteína, codificada en el DNA del gen de esa
proteína, da lugar a una estructura tridimensional
proteica que es exclusiva para esa proteína.
 Ciertas macromoléculas individuales con afinidad
específica para con otras macromoléculas
forman complejos supramoleculares

44. Fundamentos Evolutivos
 El alto grado de similitud entre las vías
metabólicas y las secuencias génicas de
organismos, es un robusto argumento a favor
de la hipótesis de que todos los organismos
modernos comparten un progeni-tor
evolutivo común y derivaron a partir de él a
través de una larga serie de pequeños
cambios (mutaciones) que conferían, en
cada caso, mas ventaja selectiva a un
organismo dado en un nicho ecológico
concreto.

45. Fundamentos Genéticos
 A pesar de la fidelidad casi
perfecta de la replicación
genética, ciertos errores
muy poco frecuentes que
no han sido repara-dos
durante la replicación del
DNA producen variaciones
en la secuencia
nucleotídica del DNA,
dando lugar a una
mutación.

46. Fundamentos Genéticos
Taller en el aula
 Luego de una lectura comprensiva del
capitulo Fundamentos evolutivos.
 Exprese su criterio sobre la lectura
realizada, a través de un mapa mental.
 Entregue el trabajo el miércoles 17 de
octubre de 2012 en la hora de clase.

47. Gracias por su atención