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INTRODUCCIÓN A LA
BIOQUÍMICA
Mg. Carlos A. Esqueche Angeles
cesquecheangeles@gmil.com
2021
FACULTAD DE CIENCIAS
NATURALESY MATEMATICA
ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
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
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.
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
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.
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
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.
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
¿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)
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 %]
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.)
FREEMAN S. “Biología”. 3ª ed. Editorial Pearson Educación S.A. 2009
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
BIOQUÍMICA
Ver video en YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=uRjnMPDv9d4
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
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
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
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
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El objeto de estudio
de la Bioquímica
Disciplinas científicas
relacionadas con la bioquímica:
• Genética
• Fisiología
• Inmunología
• Farmacología y Farmacia
• Toxicología
• Patología
• Microbiología
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• Enfermería
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• Ciencias de la salud
Bioquímica:
un lenguaje
común
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
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
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
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
Las biomoléculas pueden ser
también clasificadas de acuerdo con su
grado de complejidad así:
• Precursores: agua, dióxido de carbono
(M50 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
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)
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.
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
REVISIÓN DE ALGUNOS
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
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 .
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.
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.
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.
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
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
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
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
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.
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)
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
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
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
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.
Funciones Químicas
Funciones químicas inorgánicas
Funciones Químicas
Funciones químicas orgánicas
Funciones Químicas
Funciones químicas orgánicas
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.
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
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
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
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.
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.
Modelos
Moleculares
Modelo de esqueleto
Modelo de esferas y bastones
Modelo de bastones
Modelo espacial sólido
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
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
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
Fuerzas ión-dipolo
Resultan de la interacción entre
un ión (catión o anión) con una
molécula polar.
FUERZAS DE INTERACCION
INTERMOLECULAR
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
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
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.
Bibliografía
et al. (2011). Bioquímica.C onceptos Bás icos . Madrid: Editorial Médica
Feduchi, E.
Panamericana.
Holum, J . (2000). Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de
la Salud. México D.F.: Limusa Wiley.
Raymond, C. (2002). Química. 7ª edición. México D.F.: Mc Graw Hill.
S adava, D. (2009). Vida: la ciencia de la biología. Buenos
Panamericana.
Aires: Editorial Médica
Zumdhal, S. (2005). Chemical principles. 5th edition. Boston: Houghton Mifflin Company.
Lectura Complementaria
Municio, A.M. (2004). Perspectiva histórica de la bioquímica. Arbor. 179 (706), pp. 341- 364.
Disponible en: http://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/522/522
Willett, W., Stampfer, M. (2003). Nueva pirámide de la alimentación. Investigación y ciencia.
318, pp. 54- 61.

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  • 1. INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA Mg. Carlos A. Esqueche Angeles cesquecheangeles@gmil.com 2021 FACULTAD DE CIENCIAS NATURALESY MATEMATICA
  • 2. ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
  • 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.)
  • 18. FREEMAN S. “Biología”. 3ª ed. Editorial Pearson Educación S.A. 2009
  • 19.
  • 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
  • 21. BIOQUÍMICA Ver video en YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=uRjnMPDv9d4
  • 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 (M50 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.
  • 59. Modelos Moleculares Modelo de esqueleto Modelo de esferas y bastones Modelo de bastones Modelo espacial sólido
  • 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 et al. (2011). Bioquímica.C onceptos Bás icos . Madrid: Editorial Médica Feduchi, E. Panamericana. Holum, J . (2000). Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud. México D.F.: Limusa Wiley. Raymond, C. (2002). Química. 7ª edición. México D.F.: Mc Graw Hill. S adava, D. (2009). Vida: la ciencia de la biología. Buenos Panamericana. Aires: Editorial Médica Zumdhal, S. (2005). Chemical principles. 5th edition. Boston: Houghton Mifflin Company. Lectura Complementaria Municio, A.M. (2004). Perspectiva histórica de la bioquímica. Arbor. 179 (706), pp. 341- 364. Disponible en: http://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/522/522 Willett, W., Stampfer, M. (2003). Nueva pirámide de la alimentación. Investigación y ciencia. 318, pp. 54- 61.