fundamentos de bioquimica

1. BIOQUIMICA
FUNDAMENTOS

2. 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 lautilizan?
 ¿Porqué son estructuras muy ordenadas?
 ¿Cómo se transmite la informacióngenética?
 ¿Cómo se expresa y controla la información
genética?

7. Fundamentos celulares
 Células procariotas y eucariotas
 Tres dominios en los seres vivos
 Fotótrofos y quimiótrofos
 Complejos macromoleculares

8. 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. Poseen composición más
compleja

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

10. Dimensiones Celulares
 La mayor parte de células son de tamaño
microscópico. El diámetro 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 relación superficie/volumen representa el teórico
límite superior del tamaño de la célula.

11. Eucariotas
 Son mucho
mayores que las
células
procarióticas.
 Núcleo y los
orgánulos
de
cabo
rodeados
membrana que
llevan a
funciones
específicas.
 Células vegetales
vacuolas y
cloroplastos.

12. Son más pequeñas que las eucariotas.
Es una célula sin núcleo celular, su ADN
se ecuentre libre en el citoplasma, pero
que tiene todos los elementos
necesarios para sobrevivir al igual que
una eucariota..
Procariotas
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.
Escherichia coli es la célula procariótica

13. 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
síntesis de material
celular

14. Las células construyen
estructuras supramoleculares
 Las macromoléculas y sus subunidades monoméricas son de tamaño muy
diferente.
 Las subunidades monoméricas de proteínas, ácidos nucleicos 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 covalentes

15. 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.

16. 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 estaban formados por
compuestos ricos en carbono, oxígeno,
nitrógeno y fósforo.

17. 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, Se, etc.
 Imprescindibles para la actividad de ciertas
proteínas.

19.  Gran parte de las moléculas biológicas
son macromoléculas, polímeros de alta
masa molecular construidos a partir de
precursores relativamente simples. Las
proteínas, los ácidos nucleicos y los
de la
polisacáridos son el resultado
polimerización de subunidades
relativamente pequeñas de masa
molecular relativa igual o inferior a 500.
Biomoléculas: Macromoleculas

20.  Proteínas, largos polímeros de aminoácidos, constituyen,
excluyendo el agua, la fracción celular más importante. Algunas
proteínas tienen propiedades catalíticas y actúan como
enzimas.
 Los ácidos nucleicos, DNA y RNA, son polímeros de nucleótidos.
Almacenan y transmiten la información genética y algunas
moléculas de RNA desempeñan papeles estructurales y
catalíticos en complejos supramoleculares.
 Los polisacáridos, polímeros de azúcares simples como la glucosa,
tienen dos funciones: sirven como almacén de combustibles
energéticos y como elementos estructurales 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, reserva de
combustible rico en energía, pigmentos y señales intracelulares.
Biomoléculas: Macromoleculas

21.  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 carbono existen normalmente como estereoisómeros,
moléculas que contienen los mismos enlaces químicos pero con una
estereoquímica diferente, es decir, con diferente configuración 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.
Estructura Tridimencional

22.  Las
biológicas
interacciones
entre
moléculas son
su
ser
estereoespecíficas:
"encaje" debe
correcto
estereoquímicamente. La
estructura tridimensional
de las biomoléculas
grandes y pequeñas es de
importancia primordial en
sus interacciones
biológicas: un sustrato con
su enzima, una hormona
con su receptor de
membrana celular, un
antígeno con su
anticúerpo específico son
ejemplos de ello.
Interacciones
Estereoespecíficas

23.  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.
Resumen

24. 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 procesos
celulares que consumen energía. Uno de los
objetivos de la bioquímica es la comprensión, en
términos químicos y cuantitativos, de los
mecanismos de extracción, canalización y
consumo de la energía en las células vivas.
Podemos considerar las conversiones de la
energía celular en el contexto de las leyes de la
termodinamica.

25.  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.
Fundamentos físicos

26.  La cuestión central de la bioenergética es el modo mediante el
cual la energía obtenida de la luz o del metabolismo de los
combustibles se acopla a la energía requerida por las reacciones
celulares.
 Todas las reacciones químicas celulares 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 simultáneamente
miles de clases diferentes de moléculas sino que además son
capaces de hacerlo en las proporciones precisas que son
necesarias para la célula en cualquier situación
Fundamentos físicos

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

28. 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.

29.  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.
Resumen

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

31.  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 celulares y
actúa además como molde
para la producción de
moléculas 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.
Fundamentos Genéticos

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

33.  La información genética está codificada en la secuencia
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
Resumen

34. 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 progenitor 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.

35. Gracias por su atención