El documento presenta una introducción a la bioquímica. Explica que la bioquímica estudia los procesos biológicos a nivel molecular utilizando técnicas químicas y físicas. Luego describe la organización de los seres vivos en diferentes niveles, desde el atómico hasta el ecosistema. Finalmente, introduce conceptos fundamentales como los bioelementos, biomoléculas, homeostasis y estructura celular.
3. A. NIVELES ABIÓTICOS
• Nivel Atómico
• Nivel Molecular
• Nivel Macromolecular
• Nivel Supramolecular
• Nivel Organelos
ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
B. NIVELES BIÓTICOS
• Nivel celular
• Nivel individuo
• Nivel población
• Nivel comunidad
• Nivel Ecosistema
4. Las propiedades de un elemento dependen de
la estructura de sus átomos
Modelo simplificado de un átomo de helio
(He). El núcleo se compone de 2 neutrones
(marrón) y 2 protones (rosa). Los electrones
(amarillo) se mueven rápidamente alrededor
del núcleo
Biología. Campbell N. y Reece J. (2016). Editorial Panamericana.
5. ATOMOS
Biología. Campbell N. y Reece J. (2016). Editorial Panamericana.
Protones
Neutrones
Electrones
Núcleo Atómico
Orbita
Identidad del elemento:
Ejm C= 6 p+ , O = 8 p+
Uniones Químicas
Electronegatividad: Capacidad relativa de un elemento para atraer e¯ en una unión.
La diferencia de electronegatividad va a dar el tipo de unión química
1. Iónica: Gran diferencia de electronegatividad
2. Metálica: Baja electronegatividad
3. Covalente: Alta electronegatividad
6.
7.
8.
9.
10. Enlace iónico
• Cuando un elemento muy electropositivo se une a un
elemento muy electronegativo se produce una unión
mediante enlace iónico.
• El metal pierde uno o varios electrones, convirtiéndose
en un catión. El no metal captura uno o varios
electrones y se convierte en un anión.
11.
12. ENLACES INTER E INTRAMOLECULARES
Enlaces entre moléculas o partes de una molécula, que le
dan mayor estabilidad
Puentes disulfuro: -S-S- ( a partir de grupos tiol) muy resistentes
Enlace hidrógeno: ( N-H, O-H, C=O ) fuerzas eléctricas entre átomos
con exceso de carga + y otros con exceso de carga -, entre
elementos de diferente electronegatividad.
Uniones hidrofóbicas: por diferencia de solubilidad respecto al agua
Fuerzas de Van der Waals: pequeñas fluctuaciones en la carga de
átomos
Enlace iónico: en moléculas que contienen: -COOH y NH2 ionizados
CLASES
13. Nivel Atómico (Bioelementos)
Está formado por átomos y estos a su vez presentan una
estructura compleja. Los átomos están formados por
partículas sub-atómicas como los neutrones, los
protones y los electrones
Los átomos e iones atómicos forman los bioelementos
presentes en la materia viva
Los más abundantes son los bioelementos primarios
(99% de la materia viva): Carbono, Hidrógeno, Oxígeno,
Nitrógeno.
Los secundarios constituyen el 0,8% y son: Fosforo,
Magnesio, Calcio, Cloro, Sodio, Azufre, Potasio.
Los Oligoelementos están presentes en cantidades muy
pequeñas (0,2%). Son igualmente imprescindibles para
El funcionamiento del organismo: Mn, Zn, Cu, I, F, Mo,
Se.
Bodega G, Fernández B. Biología celular. Editorial Síntesis. Madrid. 2005.
14. Los elementos biogenésicos son todos
aquello elementos químicos que se
designa para formar parte de la materia
viviente. También son conocidos como
bioelementos.
Elementos Biogenésicos: Átomos de la Vida
14
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA
Bio = Vida
Génesis = Origen
FREEMAN S., “Biología”. 3ª ed. Editorial Pearson Educación S.A. 2009
ATOMO MOLECULA CELULA
15. ¿Todos son Bioelementos?
Los elementos marcados en
color naranja (bioelementos
secundarios) forman alrededor
del 0.8% de la materia viva.Se
caracterizan por formar sales
para el funcionamiento
correcto del orgnismo
Los elementos marcados en color
verde, llamados Oligoelementos,
representan algo menos del 0.2%
de la materia viva.
Los elementos marcados en color
rojo, llamados (bioelementos
primarios), constituyen algo mas
del 99% de la materia viva. Son
indispensables para formar
moléculas orgánicas
(BIOMOLECULAS)
16. Primarios Secundarios Oligoelementos
Azufre (S)
Fósforo (P)
Magnesio (Mg)
Calcio (Ca)
Sodio (Na)
Potasio (K)
Cloro (Cl)
Carbono (C)
Hidrógeno (H)
Oxígeno (O)
Nitrógeno (N)
Hierro (Fe)
Manganeso (Mn)
Cobre (Cu)
Zinc (Zn)
Flúor (F)
Yodo (I)
Boro (B)
Silicio (Si)
Vanadio (V)
Cromo (Cr)
Cobalto (Cu)
Selenio (Se)
Molibdeno (Mb)
Estaño (Sn)
BIOELEMENTOS
De acuerdo con su
abundancia en los
seres vivos,
clasificamos los
bioelementos en tres
categorías:
-Bioelementos principales [ 95% ]
-Bioelementos secundarios [aprox. 2,5 %]
-Oligoelementos [0,5 %]
17. Bioelementos principales [ 95% ]
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicas
Constituyen
el 95 % de
la materia
viva
•Aminoácidos (=> y proteínas)
•Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
•Nucleótidos (como el ATP)
•Clorofila
•Hemoglobina
•Muchos glúcidos y lípidos
•etc.
Forma parte de
•Cisteína y metionina (dos aminoácidos
presentes en casi todas las proteínas).
•Otras moléculas orgánicas (p.ej. Vitaminas B,
CoenzimaA,…)
•Nucleótidos
•Coenzimas
•Fosfolípidos
•etc.
•Moléculas inorgánicas
como fosfatos y sales
minerales
Forma
parte
de
Forma
parte
de
(Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
20. SON LAS MOLÉCULAS QUE FORMAN A LOS
ORGANISMOS O PARTICIPAN DE SU
METABOLISMO.
Orgánicas
(polímeros)
Inorgánicas
(pequeñas)
2
0
Agua
Sales Minerales
Glucidos
Lipidos
Proteinas
Acidos Nucleicos
22. El término
bioquímica fue acuñado
por el fisiólogo y químico
alemán Felix von Hoppe-
Seyler (1825-
quien en 1866
1895),
orientó
en la Universidad de
Tübingen
cátedra
la primera
de fis iología
química organizada en la
comunidad científica.
BIOQUÍMICA
23. La bioquímica es la ciencia
que explica la vida utilizando el
lenguaje de la química, estudia los
proceso biológicos a nivel molecular
empleando técnicas químicas, física y
biológicas.
El objetivo fundamental de la
bioquímica consiste entonces, en
estudiar la estructura, organización y
las funciones de los seres vivos desde
el punto de vista molecular.
El objeto de estudio
de la Bioquímica
24. Durante el trabajo de laboratorio en bioquímica, se hace
necesario poner adecuadamente en practica las normas
de seguridad.
El objeto de estudio
de la Bioquímica
25. La bioquímica puede dividirse en tres grandes
campos de estudio:
• Estructural: estudia la composición, conformación,
configuración, y estructura de las moléculas de las
células, relacionándolas con su función bioquímica.
• Metabólica: estudia las transformaciones, funciones
y reacciones químicas que sufren o llevan a cabo las
moléculas en los organismos vivos.
• Molecular: estudia la química de los procesos y
moléculas implicados en la transmisión y
almacenamiento de información biológica.
El objeto de estudio
de la Bioquímica
26. Disciplinas científicas
relacionadas con la bioquímica:
• Genética
• Fisiología
• Inmunología
• Farmacología y Farmacia
• Toxicología
• Patología
• Microbiología
• Medicina
• Enfermería
• Nutrición
• Ciencias de la salud
Bioquímica:
un lenguaje
común
27. La organización
Mundial de la Salud (OMS)
define la salud como el estado
de «bienestar físico, mental y
social completo, y no
solamente la ausencia de
enfermedad»
Sin embargo desde un
punto de vista bioquímico, la
enfermedad puede ser
entendida como una alteración
en los procesos que se realizan
dentro de los organismos vivos
y que pueden conducir a la
muerte de éste.
Procesos bioquímicos
alterados y
enfermedad
28. Los bioelementos biogénicos
son los elementos químicos
que constituyen los seres
vivos. De acuerdo a su
abundancia se clasifican en:
• Primarios: H, C, O , N
(representan el 99.3%)
• Secundarios: Ca, P, K, S,
Na, Cl, Mg, Fe (0,7%)
• Oligoelementos: Mn, I,
Cu. Co, Zn, F, Mo, Se
(trazas)
Bioelementos
29. Así mismo, los bioelementos
pueden ser clasificados de acuerdo a la
función que desempeñan en el organismo:
• Estructural: mantenimiento en la
estructura del organismo (H, O, C, N,
P, S)
• Esquelética: confieren rigidez (Ca, Mg,
P, Si)
• Energética: forman parte de moléculas
energéticas (C, O, H, P)
• Catalítica: catalizan reacciones y
procesos bioquímicos (Fe, Co, Cu, I)
• Osmótica y Electrolítica: mantienen
y regulan fenómenos osmóticos y
potencial electroquímico (Na, K, Cl)
Bioelementos
30. Las moléculas constituyentes
de los seres vivos se denominan
biomoléculas. A su vez, atendiendo a
su naturaleza, éstas se pueden
clasificar en:
• Inorgánicas: agua, gases (oxígeno,
dióxido de carbono), sales
inorgánicas (bicarbonato)
• Orgánicas: glúcidos (glucosa),
lípidos (colesterol), proteínas
(hemoglobina), ácidos nucleicos
(ADN y ARN).
Biomoléculas
31. Las biomoléculas pueden ser
también clasificadas de acuerdo con su
grado de complejidad así:
• Precursores: agua, dióxido de carbono
(M50 Da)
• Intermedios metabólicos: p.ej.,
piruvato y citrato (M 50- 200 Da)
• Unidades estructurales:
monosacáridos, ácidos grasos,
aminoácidos, nucleótidos (M= 100- 300
Da)
• Macromoléculas: polisacáridos,
grasas, proteínas y ácidos nucleicos.
• S upramacromoléculas: p.ej.,
cromatina (ADN y proteína) o
membranas (lípidos y proteínas)
Los cromosomas son estructuras
discretas, independientes y
organizadas de ADN, visibles durante
el proceso de división celular.
Biomoléculas
32. Walter Bradford Cannon
un fisiologo
estadounidense, en
1932 definió el concepto
de homeostasis como la
tendencia general de todo
organismo a restablecer su
equilibrio interno cada vez
que este es perturbado
Homeostasis
Walter Bradford Cannon (1871- 1945) expandió
el concepto de homeóstasis formulado
inicialmente por el fisiólogo francés Claude
Bernard (1913- 1878)
33. Tal definición se ha ampliado, y
hoy se puede entender la homeostasis
como el conjunto de mecanismos
reguladores que
ambiente interno de un sistema
permiten que el
se
mantenga constante y estable.
organismo
los siguientes
humano son
sistemas de
En el
importantes
regulación:
Homeostasis
▣ Regulación de gases respiratorios.
▣ Osmoregulación: agua y electrolitos.
▣ Termorregulación.
▣ Rutas Metabólicas.
Leonardo da Vinci (1487). El hombre de Vitrubio
o Canon de las proporciones humanas.
34. La homeostasis de un
organismo involucra una
compleja dinámica entre
factores internos, p.ej., el
metabolismo y factores
externos, p.ej., condiciones
de temperatura y
disponibilidad de gases.
Homeostasis
36. Estructura
Celular
La célula es la unidad
morfológica y funcional de todo ser
vivo. Existen dos tipos principales de
células, las procariotas y las
eucariotas, éstas últimas siendo
sistemas más evolucionados que las
primeras. Este sistema general de
clasificación responde a la existencia
o no de un núcleo delimitado por
membranas.
células que los constituyen,
En función del número de
los
organismos vivos pueden clasificarse
en unicelulares si están constituidos
por una única célula, o
pluricelulares si los conforman más
poseer un tamaño que
de una célula. Las células suelen
oscila
alrededor de los 10 µm y poseen una
masa promedio de 1 ng.
Modelo de célula eucariota .
37. Estructura Celular
Ver video en YouTube:
http://www.youtube.com/watch?v=hBTImxRZrDM
Los postulados de la teoría
celular afirman que:
• La célula es la unidad
morfológica de todo ser vivo.
• Toda célula deriva de una célula
procedente.
• Las funciones vitales (nutrición,
crecimiento y multiplicación,
diferenciación, evolución), ocurren
y son controladas en el interior de
las células.
• Cada célula contiene la
información hereditaria
necesaria para el control de su
propio ciclo, así como para la
transmisión de esa información a
la siguiente generación celular.
38. Tabla
Periódica
La
organiza
tabla
los
periódica
elementos
químicos de acuerdo al valor
de su número
agruparlos
atómico, y
en
permite
función de propiedades
químicas y físicas
semejantes.
Es una herramienta que
relaciona las propiedades
de los elementos en forma
sistemática y ayuda a hacer
predicciones con respecto al
comportamiento químico.
39. Reacción
Química
Los cambios químicos,
a diferencia de los cambios
físicos implican el
rompimiento y formación de
nuevos enlaces, lo que
conlleva la transformación
de las sustancias. En este
sentido, se puede entender
por reacción química,
como aquel proceso en el
que una o más sustancias
cambia/n para formar una
o más sustancias nuevas.
En el interior del organismo ocurren gran cantidad
de reacciones químicas. Cuando nos alimentamos,
el cuerpo metaboliza los nutrientes y obtiene la
energía necesaria para realizar todos los procesos
vitales.
40. Reacciones de combinación
Son reacciones en las que una o más
sustancias se combinan para formar un solo
producto de reacción.
A + B → C
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
41. Reacciones de descomposición
Las reacciones de descomposición pueden entenderse
como el proceso inverso a las reacciones de
combinación. De esta forma, son reacciones en las que
a partir de una única sustancia reaccionante, se
obtienen dos o más sustancias como producto.
C → A + B
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
42. Reacciones de desplazamiento o sustitución
Este tipo de reacciones tiene lugar cuando un ion o
átomo de un compuesto s reemplazada por un ion o
átomo de otro elemento.
AB + C → AC + B
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
43. Tipos de reacciones
química
Reacciones de intercambio
Este tipo
reacciones
cuando
de
ocurre
dos
sustancias diferentes
intercambian entre sí
un átomo, grupo de
átomos o ion,
formando así dos
nuevas sustancias.
AB + CD → AC + BD
44. Tipos de reacciones
química
Reacciones de oxidación-reducción
Son aquellas en las que
ocurre un cambio en los
de las
estados de oxidación
sustancias
reaccionantes. El estado
de oxidación es la carga
aparente con la que un
elemento trabaja en un
compuesto o especie
química.
45. Tipos de reacciones
química
Reacciones de oxidación-reducción
Una sustancia que oxida a otra se conoce como agente
oxidante, mientras que una
denomina agente reductor.
que reduce a otra se
En toda reacción de
oxidación-reducción hay una sustancia que se oxida y
otra que se reduce: nunca se tiene un proceso sin el otro.
OXIDACIÓN REDUCCIÓN
Ganancia de oxígeno Pérdida de oxígeno
Pérdida de hidrógeno Pérdida de hidrógeno
Pérdida de electrones
(aumento del número de
oxidación)
Ganancia de electrones
(disminución del número de
reducción)
46. Reacciones de oxidación-reducción
H
OH
Metanol
ADH H
O
ADH H
O
H
Metanal
OH
Ácido metanóico
ADH: Alcohol Deshidrogenasa
La oxidación del metanol produce formaldehído y ácido fórmico,
los cuales son más tóxicos que el metanol. Una ingesta
inapropiada de metanol puede originar ceguera y hasta la
muerte.
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
47. Reacciones exotérmicas y endotérmicas
Son reacciones exotérmicas
aquellas que liberan energía,
mientras
absorben
denominan
aquellas que
energía se
como
endotérmicas . Debe hacerse
notar sin embargo, que
todas las reacciones
químicas requieren una
fuente inicial de energía que
se denomina energía de
activación.
En las bolsas de frío instantáneo se
mezclan agua y nitrato de amonio,
proceso éste que es endotérmico lo que
conlleva a una rápida disminución de la
temperatura.
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
48. Reacciones reversibles e irreversibles
En una reacción reversible se alcanza un equilibrio
dinámico
mientras
entre
que
los reactantes
de otra parte,
y los productos,
en una reacción
irreversible las sustancias de partida se transforman
en los productos no pudiendo de nuevo obtener las
sustancias iniciales.
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
49. Funciones Químicas
Se llama función química al
conjunto de propiedades comunes
que caracterizan a un
de sustancias que
conjunto
permiten
caracterizarlas y diferenciarlas. Este
tipo de sustancias tienen un
comportamiento propio y específico
en los procesos
sustancias que pertenecen
químicos. Las
a una
función química determinada
poseen en sus moléculas un átomo o
grupo de átomos de constitución
análoga que las caracterizan, que se
denomina/n grupo funcional.
El vinagre consiste en una mezcla de
ácido acético –un ácido orgánico- y
agua. Se emplea comúnmente como
aderezo o como preservante de
alimentos.
53. Enlace Químico
La fuerza que
átomos unidos
mantiene los
en un
compuesto se denomina enlace
químico y es producto del
solapamiento de orbitales
atómicos. Existen tres tipos
generales de enlace: covalente,
iónico y metálico. Los enlaces
pueden ser sencillos o
múltiples (dobles y triples). Un
enlace sencillo consta de un
enlace tipo (sigma); un enlace
doble de un y uno (pi), y un
enlace triple de un y dos .
Representación de la estructura
atómica indicando las partículas
elementales que la constituyen.
54. Enlace Químico
Enlace Covalente
Una de las formas en las que los átomos
puedan formar enlaces es
compartiendo electrones. Estos enlaces
son llamados enlaces covalentes y ala
colección de átomos resultantes se
denomina molécula. Si los átomos que
comparten pares de electrones tienen
un valor igual o cercano de sus
electronegatividades, el enlace
covalente formado se denomina apolar.
Por el contrario, si los átomos poseen
valores diferentes en sus
electronegatividades la compartición de
electrones será desigual y el enlace
covalente resultante se denomina polar
55. Enlace Químico
• Un segundo tipo de enlace químico
resulta de la atracción entre iones. Un
ion es un átomo o grupo de átomos que
tiene una carga neta positiva (cationes)
o negativa (aniones). Dado que los
aniones y los cationes tienen cargas
opuestas, estos se atraen mutuamente.
Esta fuerza de atracción electrostática
es llamada enlace iónico.
• Valga señalar que en el enlace iónico
no se presenta compartición de
electrones, dada la elevada diferencia de
electronegatividad entre los átomos que
participan en el enlace
Representación estructural de la sal
cloruro de litio, un ejemplo de un
compuesto iónico. Nótese la organizada
red cristalina que se forma.
Enlace Iónico
56. Fórmulas Químicas
La fórmula química indica el tipo de elementos que
forman una sustancia y la proporción en que se
encuentran. Además puede brindar información
acerca de cómo se unen los átomos en una molécula
y su distribución espacial.
Fórmula condensada: indica el tipo de átomos
presentes en un compuesto y el número de átomos de
cada clase.
Fórmula semidesarrollada: indica los enlaces entre
los diferentes grupos de átomos para resaltar, sobre
todo, los grupos funcionales que aparecen en la
molécula.
Fórmula desarrollada: indica todos los enlaces de
una sustancia representados sobre en el plano.
Fórmula estructural: señala la geometría espacial
de la molécula mediante la indicación de distancias y
ángulos de enlace.
H2O2
OH - OH
57. Fórmulas Químicas
Composición: número de cada átomo presente
en una sustancia (Ej. En el agua hay dos átomos
de hidrógeno y un átomo de oxígeno).
Constitución: señala la secuencia y
características de los enlaces (Ej. En el agua hay
dos enlaces covalentes O-H, de carácter polar,
con ángulos de enlace de 104,5° y 0,96 A de
longitud ).
Configuración: alude a la relación geométrica
(distribución y organización) de un grupo dado
de átomos en una molécula. La interconversión
de alternativas configuracionales requiere la
ruptura y reorganización de enlaces.
Conformación: disposición espacial relativa de
los átomos en una molécula. Los confórmeros
están en equilibrio y la interconversión ocurre
sin rotura de enlaces.
58. Ecuación Química
Las transformaciones que suceden en una reacción química, pueden ser
representadas simbólicamente a través de una ecuación química. Una ecuación
química debe satisfacer algunas condiciones entre las que se encuentran: estar
balanceadas, mostrar los reactantes y productos por medio de fórmulas químicas,
indicar las fases de agregación de cada sustancia reaccionante y señalar las
condiciones de reacción.
60. Son fuerzas de
naturaleza eléctrica
responsables de la
atracción- repulsión de
moléculas o átomos
constituyentes de un
sistema.
Se conocen como fuerzas
pueden entenderse
de Van der Waals y
en
de
función de la ley
Coulomb. Variación de la Fuerza Coulombica
en función de la distancia.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
61. Fuerzas dipolo-dipolo
Las fuerzas dipolo- dipolo
(fuerzas de Keeson) resultan de
la atracción-repulsión de
moléculas que poseen
momentos dipolares.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
62. Puente de Hidrógeno
Es un tipo especial de
fuerza dipolo- dipolo
en el que interactúa
un átomo
hidrógeno
de
de un
enlace polar y un
átomo electronegativo
de otra molécula.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
63. Fuerzas ión-dipolo
Resultan de la interacción entre
un ión (catión o anión) con una
molécula polar.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
64. Fuerzas dipolo inducido- dipolo
Son conocidas como fuerzas de
Debye son fuerzas de atracción
que se generan por dipolos
temporales inducidos por iones
o moléculas polares próximas.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
65. Fuerzas de dispersión
Conocidas también como
fuerzas de London, son fuerzas
de atracción que se presentan
en moléculas no polares,
generadas por distribuciones
probabilísticas momentáneas
de la densidad electrónica.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
66. Fases de Agregación
Las
función
sustancias en
de las
condiciones de presión
y temperatura se
agregan en tres tipos de
fases: sólida, líquida y
gaseosa. Las fuerzas
de interacción
intermolecular son
mayores en la fase
sólida que en la líquida,
y a su vez en ésta son
mayores que en la fase
gaseosa. Cambios de fase de las sustancias.
67. Bibliografía
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