BIOQUÍMICA I

Profesor.

JOSÉ A. SÁNCHEZ A.

Docente UDELAS

BIOQUÍMICA “Donde quiera que hay vida, ocurren procesos

bioquímicos”

CONCEPTO

Célula = unidad estructural de los sistemas vivientes.

Ciencia que estudia las diversas moléculas que se presentan en las células, así como las reacciones químicas que ocurren en los mismos.

Objetivo

La bioquímica busca

describir y explicar en

términos moleculares

todos los procesos

químicos de las células

vivas.

Importancia

Los estudios bioquímicos

contribuyen al diagnostico,

pronostico y tratamiento

de la enfermedad.

Historia de la Bioquímica

Antigüedad clásica - Edad Media

Elementos deEmpédocles:

Los humoresde Galeno

AguaAire

FuegoTierra

FlemaBilis

SangreBilis Negra

Los Temperamentos

FlemáticoColérico

SanguíneoMelancólico

La enfermedad es (discrasia), esto es: una mezcla inadecuada de los humores

Historia de la BioquímicaEl Renacimiento

Paracelso:Unión de Medicina y Alquimia

Van Helmont:la Yatroquímica

Historia de la BioquímicaLa Ilustración

- Scheele: los Productos Naturales: ácido úrico, ácido cítrico, ácido málico, etc.

- Lavoisier: Equivalencia entre respiración y combustión

- Spallanzani: La digestión como proceso químico

Historia de la BioquímicaEl siglo XIX

- Teoría atómica (Dalton)

- Catálisis (Berzelius)

- Las Fermentaciones: Liebig, Schwann, Pasteur

Historia de la BioquímicaSiglo XX, 1900-1950

- Büchner y la fermentación acelular

- Harden y los sistemas acelulares

- Enzimología: Northrop, Künitz, Sumner

- Metabolismo: Embden, Meyerhof, Krebs, Warburg, Lipmann

Historia de la BioquímicaEl siglo XX, 1950-2000

La Biología Molecular:

- Estructura tridimensional del DNA

- Estructura tridimensional de las proteínas

- Genómica

- Proteómica

INTERRELACION DE LA BIOQUÍMICA

Medicina Muchos estudios bioquímicas aclaran mecanismos

patológicos y su vez las enfermedades inspiran estudios en áreas especificas de la bioquímica.

Las investigaciones bioquímicas en relación con las enfermedades pueden resumirse en cinco categorías:

Demostración de sus causas. Sugerir tratamientos racionales y eficaces. Poner a disposición pruebas selectivas para el

diagnostico temprano. Colaborar en la vigilancia del progreso. Ayuda a valorar la respuesta al tratamiento.

INTERRELACION DE LA BIOQUÍMICA

Otras ciencias La vida depende de reacciones y procesos

biológicos, la bioquímica es el lenguaje básico de todas las ciencias biológicas.

Genética : se apoya en al bioquímica de los ácidos nucleicos.

Fisiología : funciones celulares (reacciones) Inmunología: emplea técnicas bioquímicas. Farmacología: metabolización de fármacos y su

interacción. Nutrición: estudio de compuestos orgánicos

Capitulo I: Lógica Molecular de los seres vivos. De las

moléculas a los organismos

Los análisis químicos demuestran que la materia viva está constituida por los mismos átomos y moléculas orgánicas inanimadas y que su comportamiento se rige por las mismas leyes físicas y químicas de toda la materia del Universo

Sin embargo, un organismo no está vivo a menos que se le puedan atribuir las diversas propiedades dinámicas incluidas en el termino fisiología.

Las características de funcionales propias de la materia viva son:

Lógica Molecular de los seres vivos. De las moléculas a los organismos

Metabolismo. Crecimiento y renovación constitucional de tipo permanente, relacionada con actividades complejas de síntesis y degradación.

Capacidad de reacción y excitabilidad. Se detecta a todos los niveles desde moléculas hasta organismos.

Capacidad reproductiva. Y aunque parezca mentira, la posibilidad de que el material genético que constituye el soporte físico de esta propiedad se modifique y evolucione.

1.1 Características que identifican a los seres vivos

Composición química elemental de la materia viva.

- Todos los átomos que constituyen los seres vivos, también se encuentran en la corteza terrestre, aunque la constitución de la lista es en abundancia diferente entre los seres vivos y la biósfera.

- Los seres vivos poseen sólo de 20 a 25 elementos y esta relación depende de ciertos átomos raros no representados en todas las especies: Estos elementos pueden ser clasificados como elementos abundantes (4), medianamente abundantes (7), y trazas (15).

- La materia viva está constituida por cantidades considerables de ciertos elementos del entorno N, C, H, S, P.

- El oxígeno es el elemento más abundante en ambos reinos ya que participa en la formación del agua, es también el elemento mas pesado de los que abundan en los seres vivos y el más ligero de los presentes en la corteza terrestre.

1.1 Características que identifican a los seres vivos

1.2 Organización macroscópica y microscópica.

- Los seres vivos más susceptibles de ser observados de manera directa (macroscópicos) se caracterizan por 1 morfología y organización generalmente diversa y compleja.

- La complejidad en la organización interna se hace patente en las células, unidades vivas más pequeñas. En 1 organismo superior existen mas de 200 tipos de células distintas formando supraestructuras como tejidos, órganos y organelos, etc.

- Cuando existen organismos unicelulares es necesario recurrir a la microscopia y a técnicas citológicas para efectuar análisis necesarios. (Organización microscópica)

1.3 Metabolismo

- El metabolismo constituye un conjunto altamente integrado de reacciones químicas con 3 funciones precisas:

1) Extracción y almacenamiento de la energía

2) Transformación de moléculas exógenas en material constitutivo de la célula (precursores) gracias a esta energía.

3) Ensamblaje de precursores para formar macromoléculas con funciones catalíticas y de información.

Así, el metabolismo se divide en metabolismo energético, metabolismo intermediario y metabolismo relativo a las macromoléculas. Los dos primeros se encuentran estrechamente ligados a través de 1 compleja red de reacciones que presenta notable unidad en los seres vivos

1.3 Metabolismo

- El metabolismo puede subdividirse en 2 fases: catabolismo y anabolismo.

- Catabolismo. Incluye todas las etapas de la degradación mediante las cuales moléculas complejas tipo glúcidos, lípidos y prótidos se descomponen en los elementos orgánicos sencillos y también en compuestos minerales (CO2, H2O y NH3). En el curso de estas etapas la energía potencial contenida en los enlaces químicos se almacena en una molécula universal ATP, el cual contiene enlaces de alta energía.

- Anabolismo. Las cadenas de carbono no degradas en su totalidad se emplean en la fase de síntesis , en la cual, la energía acumulada, se utiliza a partir de los precursores simples para transformarlos en macromoléculas específicas polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos.

- En general en el metabolismo las reacciones son catalizadas por enzimas específicas que pueden actuar a lo largo de ciclos de degradación o síntesis.

1.4 Capacidad de reacción

Las reacciones de los organismos animales se llevan a cabo por estímulos externos de tipo físico o químico son bien conocidas y en ellas participan diversos sistemas o aparatos como el sensorial, el nervioso o el muscular, de una gran complejidad estructural y que inducen a respuestas de comportamiento elaboradas.

Los mecanismos internos de regulación en los organismos y las células tienen por objeto mantener el equilibrio físico-químico en su interior o del contenido celular a corto o largo plazo (homeostasis) y también permiten que los seres vivos reaccionen ante los factores externos.

En esta forma es necesario comprender que todo lo que se manifiesta a escala visible o macroscópica se relaciona con el concepto de excitabilidad en el sentido amplio

1.5 Reproducción y Evolución

- Reproducción puede definirse como la capacidad de reproducirse, es decir, perpetuarse a través de generaciones. Esta producción de copias idénticas se efectúa a través de modalidades diferentes de mayor o menor complejidad. Sea por multiplicación sexual o asexual y dependiendo de que se efectúe en seres unicelulares o pluricelulares.

- A escala celular, la división constituye un medio de aumentar la población efectiva de manera clonal (unicelulares) y en los pluricelulares, aumentar su número aunque existan ciertas diferencias.

- De cualquier manera, tras un periodo corto de generación, la reproducción se caracteriza por una fidelidad aparentemente perfecta, lo cual constituye una ventaja para la supervivencia de la especie bien adaptada a un medio.

2. De las moléculas a los organismos2.1 Análisis de la constitución de la materia viva a

nivel molecular

- El agua representa aproximadamente el 75% de la masa de los seres vivos.

- Las sales minerales son menos abundantes pero funcionalmente importantes

- Desde el punto de vista de tamaño, las moléculas de los seres vivos se pueden dividir en sales minerales de bajo peso molecular, pequeñas moléculas orgánicas con masas moleculares de 100 a 75 Da y macromoléculas con masas moleculares de aproximadamente 104 a 1011 Da. Las 2 últimas categorías son denominadas biomoléculas

- Las moléculas orgánicas son representadas fundamentalmente por proteínas y ARN, también denominadas macromoléculas.

- En general moléculas pequeñas de baja masa suelen ser muy abundantes, mientras que las macromoléculas están presentes en un número menor, por ejemplo el ADN, en ciertos casos se encuentran en 1 sola copia por célula (cromosoma)

2.1 Análisis de la constitución de la materia viva a nivel molecular

2.2 Jerarquía de las biomoléculas

2.3 Autoensamblaje y estructuras supramoleculares.

- El autoensamblaje es un fenómeno definido como la asociación espontánea de moléculas para formar estructuras de gran tamaño llamadas supramoléculas, que constituyen un puente entre el mundo de las moléculas y el de las estructuras celulares.

- Las supramoléculas son estructuras organizadas formadas por un gran número de subunidades idénticas o distintas, de igual o diversa naturaleza molecular, y pueden obtenerse in vitro a partir de sus constituyentes celulares

3. Transformación de la materia y de la energía en el mundo de los seres vivos.

- Los seres vivos se caracterizan por tener actividad química que les permite crecer y renovar de manera permanente sus constituyentes (metabolismo), así además del agua son necesarios:

Una fuente de carbono (mineral u orgánico)Una fuente de energía (física o química)Una fuente de potencia reductora (mineral u orgánica)Diversas fuentes de elementos minerales (N, P, S, etc)

Nota: Tipo trófico se denomina al conjunto de seres vivos que utilizan los mismos procedimientos para obtener y transformar sus alimentos con el fin de fabricar su propio material constitutivo.

3.1 Autótrofos y Heterótrofos.

- Autótrofos: Son seres que se nutren de manera autónoma y utilizan CO2 atmosférico disuelto en agua.

- Los autótrofos son fundamentalmente representados por los organismos que realizan la fotosíntesis y fijan CO2 y fijan el CO2 directamente de la energía luminosa a través de pigmentos especializados ( conocidos con el nombre de fotolitótrofos )

- Otros organismos bacterianos no fotosintéticos fijan el CO2 libre y se conocen como quimiolitótrofos (subgrupo de los quimiotrofos)

3.1 Autótrofos y Heterótrofos.

- Heterótrofos, son seres cuya nutrición depende de otros y requieren del carbono en forma orgánica ya elaborada por los autótrofos quienes son los productores primarios de la biósfera.

- Los heterótrofos están representados principalmente por los animales, hongos y gran número de bacterias que se nutren de pequeñas moléculas y se dividen en fagotrofos y osmotrofos.

- Fagotrofos. Se alimentan del entrono en forma de partículas grandes gracias al fenómeno de la fagocitosis.

- Osmotrofos. Se alimentan del entorno en forma de solución gracias a sistemas de transporte específicos ubicados en la membrana plasmática.

3.2 Fototrofía y quimiotrofía

Fotótrofos. Utilizan la luz solar capturándola a través de sus pigmentos de clorofila. (fotosintéticos) y pueden ser:

Fotolitótrofos. Fototrofos que utilizan donadores de electrones de tipo mineral (agua y SH2 )

Fotoorganotrofos. Fototrofos que emplean moléculas orgánicas como donadoras de electrones.

Quimiotrofos. Utilizan reacciones de óxido-reducción espontáneas para generar energía, y pueden ser:

Quimiolitotrofos. Oxidan moléculas minerales

Quimioorganotrofos. Oxidan moléculas orgánicas.

3.3 Organismos aerobios y anaerobios

Aerobios: son aquellos que utilizan al oxígeno como aceptor final de electrones en reacciones de oxido reducción.

Anaerobios: Son aquellos que utilizan otras moléculas o compuestos orgánicos como aceptores.

Anaerobios estrictos: No toleran el oxígeno, el cual constituye un veneno para ellos.

Anaerobios facultativos: Se adaptan a la presencia de oxígeno.