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INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA. PROPIEDADES QUÍMICAS DE
LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
I. CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA VIVA
II. LA UNIDAD DE LA ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA: LA CÉLULA
1. Niveles de organización de la materia viva
2. Organización y estructura de las células: células procariotas y células eucariotas
III. EL AGUA
1. Interacciones en sistemas acuosos
2. Ionización del agua. Tampones biológicos
IV. INTERACCIONES ENTRE MACROIONES EN DISOLUCIÓN
1. Solubilidad de los macroiones y pH
2. Influencia de los iones pequeños
V. OTRAS BIOMOLÉCULAS
1. Composición química de la materia viva
2. Importancia del átomo de carbono
3. Grupos funcionales
4. Las macromoléculas
TEMA 1

Los seres vivos
están compuestos
por moléculas
inanimadas

• La Bioquímica… pretende determinar cómo
interactúan entre sí las moléculas inertes que forman
a los seres vivos para formar la vida
• ES LA QUÍMICA DE LA VIDA

CARACTERÍSTICAS
DE
LA MATERIA VIVA
Unidad química de los
diferentes organismos
Producción y consumo
de energía en el
metabolismo
Transferencia de
información Biológica

I.
a) Características de la materia viva
- Los seres vivos son estructuralmente complicados y altamente organizados.
- Extraen, transforman y utilizan la energía del entorno (nutrientes, luz solar).
- Capacidad de autorreplicarse y autoensamblarse.
b) La Bioquímica trata de explicar la vida en términos químicos
Las moléculas que componen los seres vivos cumplen todas las leyes de la
Química, pero un organismo es mucho más que la suma de una serie de
reacciones químicas.
c) Todas las macromoléculas se construyen a partir de un número limitado de
compuestos simples
- La mayor parte de las biomoléculas están formadas a partir de cadenas de C
unidos covalentemente con H, O, N.
- Todos los organismos poseen las mismas clases de subunidades monoméricas.
- Existen patrones comunes en la estructura de las macromoléculas biológicas.
- La identidad de cada organismo queda preservada por la posesión de un
conjunto distintivo de ácidos nucleicos y proteínas.
Unidad química de los
diferentes organismos

II.
a) Los organismos vivos no se encuentran nunca en
equilibrio con su entorno
- Las moléculas e iones contenidos en un organismo vivo
difieren, en cuanto a sus características y concentración,
de las que se encuentran en su entorno.
- Las células dependen de un suministro constante de
energía para oponerse a la tendencia a la degradación
hasta el estado de menor energía.
Producción y consumo
de energía en el
metabolismo
b) La composición molecular es un reflejo de estado estacionario dinámico
Aunque la composición química de un organismo se mantiene constante a lo
largo del tiempo, la población de moléculas no es estática. Hay una síntesis y
degradación continua lo que requiere un
flujo constante de masa y energía

c) Los organismos intercambian materia y energía con su entorno
- Los organismos crean y mantienen sus estructuras complejas y ordenadas a
expensas de energía libre captada de su entorno.
Energía
(a)
(c)
(b)
- Las reacciones químicas exergónicas (no espontáneas) se acoplan a procesos
endergónicos (espontáneas) mediante intermediarios químicos compartidos,
canalizando la energía libre hacia el trabajo.
Grasas,
azúcares
luz solar
SERES
VIVOS
-E en forma de calor
-Productos finales de las
reacciones metabólicas
Trabajo celular
Síntesis química
Trabajo mecánico…
ENTROPIA
Durante las transducciones metabólicas la entropía aumenta a la vez que la energía potencial de las
moléculas nutrientes disminuye. Los organismos vivos (a) extraen energía de su entorno, (b)
convierten parte de ella en formas de energía útiles para producir trabajo, y (c) devuelven parte de la
energía al entorno en forma de calor junto con los productos finales, moléculas menos organizadas
que el combustible original: el resultado es un incremento de la entropía del universo.

d) Las células y organismos intercambian diferentes formas de energía
Las células son unos excelentes transductores de energía capaces de
interconvertir energía química / electromagnética / mecánica / osmótica con gran
eficiencia.
e) El flujo de electrones proporciona energía para los organismos
- Casi todas las transducciones energéticas de las células pueden asimilarse a un
flujo de electrones desde una molécula a otra, ya sea en la oxidación de un
combustible o en la captación de energía luminosa durante la fotosíntesis.
- Las necesidades energéticas de casi todos los
organismos vivos están cubiertas directa o
indirectamente por la luz solar.

f) Los enzimas facilitan las secuencias de las reacciones químicas
Los enzimas actúan disminuyendo la barrera de activación de las
reacciones químicas (aumentan la velocidad del orden de 106 veces). En estas
reacciones:
se degradan los nutrientes hasta productos finales sencillos
CATABOLISMO
moléculas precursora sencillas que forman macromolécuas (aporte de E)
ANABOLISMO
CATABOLISMO + ANABOLISMO = METABOLISMO
g) El ATP es el portador universal de energía metabólica y el nexo de unión
entre catabolismo y anabolismo
h) El metabolismo está regulado para conseguir equilibrio y economía
Las células vivas son máquinas químicas autorreguladas, diseñadas para
trabajar con la máxima economía.
ATP

III.
a) La continuidad genética reside en las moléculas
de DNA. La estructura del DNA hace posible su
replicación y reparación con fidelidad casi perfecta.
b) Los cambios en las instrucciones hereditarias hacen posible la evolución.
Errores en la replicación genética produce cambios en la secuencia de DNA. Son
llamadas mutaciones genéticas.
c) La secuencia lineal del DNA codifica proteínas con estructuras
tridimensionales
Transferencia de
información Biológica

II. LA UNIDAD DE LA ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA: LA CÉLULA
1. Niveles de organización de la materia viva
Bioelementos
Biomoléculas
Precursores
inorgánicos (CO2)
Metabolitos
(Citrato, piruvato)
Monómeros
(aminoácidos,
nucleótidos..)
Polímeros
(proteínas, ácidos
nucleicos)

Célula: Unidad de la organización Biológica
Procariotas Unicelulares Bacterias y Arqueobacterias
Eucariotas
Unicelulares,
pluricelulares
Multicelulares
Protozoos,
hongos, algas
Animales
Vegetales
Virus: No celulares….. Entidades biológicas:
Portadores de DNA y para duplicarse a sí mismos utilizan la maquinaria de reproducción
y las fuentes de energía de la célula hospedadora

CÉLULA PROCARIOTA
No hay compartimentos en el interior
Citosol con apariencia granular debido a
los ribosomas

CÉLULAS EUCARIOTAS
Célula Animal
Célula Vegetal

Los virus, parásitos celulares

III. EL AGUA
Es la molécula más abundante del organismo.
Representa alrededor del 70 % del peso corporal
(dependiendo de la edad, el contenido en tejido
adiposo y la ingesta diaria)
Ocupa todos los compartimentos del cuerpo humano
Es el medio en el que tienen lugar el transporte de nutrientes, las reacciones metabólicas y la
transferencia de energía química

El AGUA es una sustancia
PARTICULAR y POCO CORRIENTE
Sus PROPIEDADES son debidas a la fuerte tendencia
que tienen las moléculas de agua a formar ENLACES O
PUENTES DE HIDRÓGENO

Aceptores de
enlaces de H
Donadores de
enlaces de H
Las moléculas se
mantienen unidas entre sí
formando agrupaciones
Cada molécula actúa al mismo tiempo como donador de H y como aceptor de H
permitiendo que se formen agrupaciones de moléculas de agua

LA MOLÉCULA DE AGUA ES POLAR
En la molécula de agua, el enlace H-O
se encuentra polarizado.
El hidrógeno, con carga parcial positiva
(δ+), y el oxígeno con carga parcial
negativa (δ-) se unen formando el
Puente de Hidrógeno.
Un número elevado de Puentes de
Hidrógeno entre moléculas de agua
confiere a la molécula una gran
cohesión interna.
Los Puentes de Hidrógeno no son exclusivos de la molécula de agua

El agua disuelve muchas sales cristalinas
hidratando los iones que la componen.
A medida que los iones dejan el cristal, las
interacciones no covalentes entre los iones y el
agua forman una capa de hidratación alrededor de
cada ion.
HIDRATACIÓN DE LOS IONES EN DISOLUCIÓN

Esferas de solvatación de las moléculas de agua alrededor de los iones Na+ y Cl-

Moléculas Polares Hidrofílicas
Moléculas Apolares Hidrofóbicas
Moléculas con grupos
Apolares y Polares
Anfipáticas
EFECTO DEL AGUA SOBRE LAS BIOMOLÉCULAS EN DISOLUCIÓN

Las fuerzas que mantienen juntas las
regiones APOLARES de las
moléculas se denominan
INTERACCIONES HIDROFÓBICAS
1. Interacciones en sistemas acuosos Cuatro interacciones de
tipo débil entre
biomoléculas en solución
acuosa
Dipolos transitorios por el rápido
movimiento de los e-
FUERZAS DE VAN DER WAALS

Prácticamente todas las reacciones químicas que se dan en el organismo
tienen lugar en un medio acuoso.
El grado de ionización del agua influye en
estas reacciones químicas y se describe mediante una constante de
equilibrio.
El comportamiento de los solutos en el agua depende de su estado de
ionización y para predecirlo, debemos tener en cuenta la constante de
equilibrio de los mismos.
Por ello es importante conocer bien:
-Equilibrios ácido-base
-Ionización del agua
-Importancia de las soluciones tampón
H2O H+ + OH-

Disociación del agua
H2O H+ + OH-
Keq
[H+][OH-]
[H2O]
=
Keq
Kw = [H+][OH-]
Tª: 25ºC
Kw :Producto iónico del agua= 1x10-14
1x10-14 = [H+][OH-]
[H+] = [OH-] =10-7 M
El producto iónico del agua constituye la base de la escala de pH, método que
permite designar la concentración real de H+ y por tanto de OH- en cualquier
solución acuosa en el intervalo de acidez entre 1M H+ y 1 M OH-.
El término de pH se define por la expresión:
1
[H+]
=
pH log = -log [H+]

Si pH = -log [H+]
en condiciones neutras,
a 25ºC, [H+] = 1X10-7
- En soluciones neutras [H+] = [OH-] pH = 7
- En soluciones ácidas [H+] > [OH-] pH < 7
- En soluciones básicas [H+] < [OH-] pH > 7
ACIDOS: Sustancias que
tienden a disociarse cediendo H+
En medios ácidos el pH < 7
El medio es rico en H+
BASES: Sustancias que
tienden a captar H+ del medio
En un medio básico el pH > 7
La [OH-] es mayor

Disociación de electrolitos débiles
HA H+ + A-
[H+][A-]
[HA]
=
Ka
La constante de Disociación de un ácido débil viene dada por:
La tendencia de un ácido a perder su [H+] en disolución acuosa está definida
por la constante de equilibrio (constantes de disociación o ionización), Ka.
Cuanto mayor sea Ka mayor será la tendencia a ceder H+ (se dice que es un
ácido fuerte o débil) y menor su pKa.
1
[Ka]
=
pKa log = -log [Ka]
Ecuación de
Henderson-Hasselbalch

La ecuación de Henderson-
Hasselbalch muestra como
cambia el pH cuando se le
añade una base a una
disolución ácida y viceversa
CURVAS DE
TITULACIÓN
Si [A-] = [HA], entonces: pH = pKa

Curva de titulación de un ácido débil
La valoración se utiliza para
determinar la cantidad de
ácido en una disolución
determinada.
Se valora un volumen
conocido de un ácido con una
disolución de una base,
normalmente NaOH, de
concentración conocida. Se va
añadiendo NaOH hasta que se
neutraliza la disolución (el
indicador cambia de color/pH
metro).
La representación gráfica se
conoce como la curva de
valoración
CH3COOH CH3COO- + H+

Titulación del ácido acético con NaOH
Zona de
tamponamiento:
aquella donde el
pH de la
disolución a penas
varía
Los tampones son
sistemas acuosos que
tienden a resistir los
cambios de pH cuando
se les añaden
cantidades pequeñas
de H+ o OH-
Están constituidos por
un ácido débil y su
base conjugada
Punto de mínima pendiente y punto medio de la zona Tampón

Las curvas de titulación
de los ácidos débiles
dependen de lo fuerte
que sea el ácido
Cuanto más fuerte es el
ácido (tiene más
tendencia a ceder H+)
antes se disocia y su pKa
es más baja.
Comparación Curvas de Titulación de tres Ácidos Débiles

Los polianfolitos y polielectrolitos
forman los macroioes
a)REPULSIÓN. Las moléculas de
DNA con muchas cargas negativas,
se repelen mutuamente con gran
fuerza en disolución.
b)ATRACCIÓN. Si se mezcla el DNA
con una proteína cargada
positivamente, estas moléculas
tienen una fuerte tendencia a
asociarse.

DEPENDENCIA DE LA SOLUBILIDAD PROTÉICA CON EL pH
Punto
Isoeléctrico:
cuando el
número de
cargas positivas
es el mismo que
el número de
cargas
negativas. La
carga neta es 0.

INFLUENCIA DE LOS IONES PEQUEÑOS SOBRE LAS INTERACCIONES
ENTRE LOS MACROIONES
(a) ATMÓSFERA CONTRAIÓNICA
(b) INFLUENCIA DE LA FUERZA IÓNICA
2. Influencia de los iones pequeños

V. OTRAS BIOMOLÉCULAS
1. Composición química de la materia viva
La materia viva
Bioelementos
Primarios Secundarios Oligoelementos
Biomoléculas

2. Importancia del átomo de carbono
La estabilidad de los enlaces C-C y la posibilidad de formar enlaces
simples, dobles y triples, dan al C la capacidad de formar muchos
compuestos químicos importantes
a) Los átomos de carbono tienen
distribución tetraédrica de sus cuatro
enlaces simples, con longitud aprox.
de 0.154 nm y forman un ángulo de
109.5º entre ellos.
b) Los enlaces simples C-C tiene
libertad de rotación
c) Los enlaces dobles son mas cortos
y no permiten la libre rotación. Los
dos C de este enlace y los átomos
A,B,X e Y están en el mismo plano.
EL CARBONO, ELEMENTO QUÍMICO ESENCIAL PARA LA VIDA

PRINCIPALES BIOMOLÉCULAS
4. Las macromoléculas

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