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BIOQUMICA INTRODUCCION, Apuntes de Biología

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Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 18/07/2020

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INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA
Bioquímica (química de la vida) es la ciencia que estudia las sustancias que componen
a los seres vivos y las reacciones que sufren estas sustancias para dar lugar a los
procesos fisiológicos tales como crecer, alimentarse, reproducirse, almacenar y utilizar
energía.
El oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno constituyen alrededor del 99% de la masa
de la mayoría de las células. Estos elementos forman con facilidad enlaces covalentes
mediante reparto de pares de electrones y pueden reaccionar unos con otros para
formar un gran número de compuestos covalentes diferentes.
El carbono, nitrógeno y oxígeno son elementos ligeros, pero capaces de formar
enlaces covalentes muy fuertes. Entre ellos forman esqueletos de estructuras simples
como un pequeño carbohidrato o complejas como una molécula genética. Así mismo
pueden unirse a otros átomos como el azufre o diversos grupos funcionales
adquiriendo funciones diversas.
Las biomoléculas están formadas principalmente de enlaces carbono-carbono gracias
a la configuración tetraédrica de los pares electrónicos compartidos alrededor de cada
átomo de carbono.
1.1. Jerarquía de la organización molecular de las células
-Precursores: Son elementos y compuestos químicos simples como el dióxido
de carbono, agua y nitrógeno atmosférico. Poseen bajo peso molecular y se
convierten gracias a intermediarios metabólicos en biomoléculas sillares o
estructurales.
-Biomoléculas sillares estructurales: Denominadas también monómeros. Tienen
un peso molecular intermedio. A este grupo pertenecen los monosacáridos,
aminoácidos, mononucleótidos y ácidos grasos. Son los componentes de las
macromoléculas.
-Macromoléculas: o polímeros. Tienen un peso molecular alto, por ejemplo las
proteínas, los ácidos nucleicos.
-Supramacromoléculas: Resultan de la asociación de diferentes clases de
macromoléculas, por ejemplo las lipoproteínas, los ribosomas, que resultan de
la acción de fuerzas no covalentes (débiles) como los enlaces de hidrógeno,
las interacciones hidrofóbicas y las interacciones de Van der Waals.
-Orgánulos: Núcleos, mitocondrias, cloroplastos, e inclusiones
intracitoplasmáticas (lisosomas, vacuolas).
1.2. Biomoléculas primordiales
Las macromoléculas están constituidas por un grupo pequeño de moléculas sillares,
que reciben el nombre de biomoléculas primordiales, elementos con los cuales, el
organismo animal, sintetiza sus estructuras propias. Estas biomoléculas son: 20
aminoácidos, 5 bases nitrogenadas, 1 o más ácidos grasos, 2 azúcares, el alcohol
glicerina y la amina colina.
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INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA

Bioquímica (química de la vida) es la ciencia que estudia las sustancias que componen a los seres vivos y las reacciones que sufren estas sustancias para dar lugar a los procesos fisiológicos tales como crecer, alimentarse, reproducirse, almacenar y utilizar energía. El oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno constituyen alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células. Estos elementos forman con facilidad enlaces covalentes mediante reparto de pares de electrones y pueden reaccionar unos con otros para formar un gran número de compuestos covalentes diferentes. El carbono, nitrógeno y oxígeno son elementos ligeros, pero capaces de formar enlaces covalentes muy fuertes. Entre ellos forman esqueletos de estructuras simples como un pequeño carbohidrato o complejas como una molécula genética. Así mismo pueden unirse a otros átomos como el azufre o diversos grupos funcionales adquiriendo funciones diversas. Las biomoléculas están formadas principalmente de enlaces carbono-carbono gracias a la configuración tetraédrica de los pares electrónicos compartidos alrededor de cada átomo de carbono. 1.1. Jerarquía de la organización molecular de las células

  • Precursores: Son elementos y compuestos químicos simples como el dióxido de carbono, agua y nitrógeno atmosférico. Poseen bajo peso molecular y se convierten gracias a intermediarios metabólicos en biomoléculas sillares o estructurales.
  • Biomoléculas sillares estructurales: Denominadas también monómeros. Tienen un peso molecular intermedio. A este grupo pertenecen los monosacáridos, aminoácidos, mononucleótidos y ácidos grasos. Son los componentes de las macromoléculas.
  • Macromoléculas: o polímeros. Tienen un peso molecular alto, por ejemplo las proteínas, los ácidos nucleicos.
  • Supramacromoléculas: Resultan de la asociación de diferentes clases de macromoléculas, por ejemplo las lipoproteínas, los ribosomas, que resultan de la acción de fuerzas no covalentes (débiles) como los enlaces de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y las interacciones de Van der Waals.
  • Orgánulos: Núcleos, mitocondrias, cloroplastos, e inclusiones intracitoplasmáticas (lisosomas, vacuolas). 1.2. Biomoléculas primordiales Las macromoléculas están constituidas por un grupo pequeño de moléculas sillares, que reciben el nombre de biomoléculas primordiales, elementos con los cuales, el organismo animal, sintetiza sus estructuras propias. Estas biomoléculas son: 20 aminoácidos, 5 bases nitrogenadas, 1 o más ácidos grasos, 2 azúcares, el alcohol glicerina y la amina colina.

Hasta la fecha se han identificado una gran cantidad de compuestos sillares que, probablemente, derivan de las biomoléculas primordiales. Es así que se conocen más de 150 aminoácidos diferentes, que derivan de los 20 fundamentales; 70 azúcares sencillos que derivan de la glucosa. Aunque se han identificado moléculas con un grado de complejidad muy alto, como hormonas, antibióticos, alcaloides, etc se ha demostrado que también derivan de las biomoléculas primordiales; es así que los terpenos derivan del ácido acético, que a su vez es el producto de degradación de la glucosa y de los ácidos grasos. Por otra parte la mayoría de los alcaloides derivan de los aminoácidos. 1.3. ORIGEN DE LAS BIOMOLÉCULAS Se cree que los primeros organismos vivientes aparecieron sobre la tierra hace 4000 millones de años (Precámbrico), cuando la atmósfera estaba compuesta por una mezcla de gases: amoniaco, metano y vapor de agua. Sobre esta atmósfera primitiva, según Oparín, interactuaron procesos químicos y físicos, principalmente energía solar, para producir compuestos orgánicos simples, como aminoácidos y azúcares. Miller sometió una mezcla gaseosa de metano, amoniaco, agua e hidrógeno a chispas eléctricas a 80ºC. Con este procedimiento obtuvo glicocola, alanina, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fórmico, propiónico, láctico y succínico. Posteriormente se sometió a la acción de energía radiante a una mezcla de nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono obteniéndose aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Con el fin de demostrar cómo se sintetizó los fosfolípidos de las membranas celulares Hargreaves y col usaron glicerol, ácidos grasos o aldehidos y fosfatos, los cuales por acción de una solución salina, temperatura y sonicación formaron vesículas. Goldacre propone que los lípidos formaron, junto con las proteínas, láminas sobre las superficies de las aguas que, por acción del viento, fueron capaces de cerrarse sobre sí (liposomas) y al hacerlo atraparon componentes del ambiente que más tarde iniciaron la diferenciación del interior protocelular. Tanto Oparín, con sus membranas de proteínas y carbohidratos, como Fox, con sus microesferas, lograron estructuras protocelulares que muestran envolturas con capacidades de permeabilidad selectiva que les confieren características de “crecimiento” y “división” o “gemación” (protometabolismo) De acuerdo a DeDuve las bicapas lipídicas y los polipéptidos hidrofóbicos participaron en la construcción de las primeras envolturas celulares, conformando membranas rudimentarias totalmente porosas impermeables solamente a polinucleótidos y polipéptidos. En cuanto a las moléculas de la herencia se puede suponer que dado que la estructura del RNA ribosomal parece ser la misma en todos los organismos, su antigüedad podría ser de ese mismo orden. Como una respuesta al riesgo de hinchamiento y lisis, probablemente, se originaron las proteinas de membrana, entre las que se encuentran los transportadores que facilitan el movimiento de solutos hidrosolubles a través de la bicapa lipídica.

El agua corporal total (ACT) constituye el agua existente en el organismo distribuido en diferentes compartimientos; en los varones oscila entre 55 a 65% del peso corporal. En las mujeres el ACT es 10% menos. Pero esta proporción varía en función a la edad y proporción de tejido magro. El ACT se halla distribuida en dos grandes compartimientos: Agua del líquido intracelular (LIC) que representa las dos terceras partes y el agua del líquido extracelular (LEC) que representa la otra tercera parte del ACT. El LIC es el agua que se encuentra en las células limitada por la membrana celular y sirve para que la célula: 1) genere, almacene y utilice energía, 2) se regenere, 3) se replique y 4) efectúe funciones especiales. El LEC se distribuye entre el plasma y los compartimientos intersticiales: líquido intersticial, plasma sanguíneo, líquido cefaloraquideo, líquido de las glándulas, líquido articular, pericárdico, pleural, peritoneal y el transcelular, que no participa en la dinámica de líquidos ni en el intercambio. El agua en la célula se presenta en dos formas: agua libre (95%) y agua ligada (5%). COMPOSICIÓN DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES: 60% LEC 20%(PLASMA Y INTERSTICIAL) LIC 40% Estructuralmente está formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La forma de representarla es H 2 O, pero en solución se la encuentra en forma disociada H+ y OH-.

Na+..................................

...142mEq/l

K+....................................

.......4mEq/l

Ca+...................................

....2.4mEq/l

Cl-....................................

....103mEq/l

HCO 3 - ..............................

......28mEq/l

Fosfatos...........................

.......4mEq/l

Glucosa...........................

.....90 mg/dl

Aminoácidos...................

......30 mg/dl

Na+...............................

............10mEq/l

K+................................

...........140mEq/l

Ca+...............................

......0.0001mEq/l

Cl-................................

...............4mEq/l

HCO 3 - ..........................

..............10mEq/l

Fosfatos.......................

..............75mEq/l

Glucosa........................

.......0 a 20 mg/dl

Aminoácidos...............

.............200 mg/dl

El término “pH” (potencial de hidrogeniones) sirve para expresar la concentración de H+^ (hidrogeniones); el pOH sirve para expresar la concentración de OH-^ (Oxhidrilos). 2.1. Importancia biomédica Un principio biológico fundamental indica que la constancia del “medio interno” debe preservase dentro de límites relativamente estrechos si se quiere conservar la salud. Esto se aplica a la distribución global del agua corporal total (ACT), pH y la concentración de varios electrolitos: Na, K, Ca, Mg y PO 4. Por esta causa es importante conocer: la estructura de la molécula de agua, peso molecular, distribución electrónica, composición, distribución en el organismo, mecanismos inherentes al movimiento a través de membranas celulares y condiciones de regulación y reposición en estados de pérdida de agua (deshidratación) Las propiedades físicas del agua se utilizan como un punto de referencia para otros elementos, por ejemplo congela a 0ºC. 2.2. Propiedades físicas del agua

  1. Estado físico: sólida, líquida y gaseosa
  2. Color: incolora
  3. Sabor: insípida
  4. Olor: inodoro
  5. Densidad: 1 g/ml a 4ºC
  6. Punto de congelación: 0ºC
  7. Punto de ebullición: 100ºC (a nivel del mar) 2.3. Ácidos y Bases Estos términos han sufrido varias modificaciones a través del tiempo. Para Arrhenius, un ácido es una sustancia que dona protones y una base, la que dona hidroxilos. De acuerdo a Bronsted y Lowry, ácido es cualquier sustancia que dona protones a otra sustancia y base, cualquier sustancia que acepta protones. Finalmente, de acuerdo a Lewis, ácido es un compuesto o elemento químico que tiene afinidad por los electrones aportados por la base; y la base es una sustancia que tiene pares electrónicos no compartidos. Acido y base fuertes, son aquellas sustancias capaces de ionizarse casi en su totalidad (ejemplo ácido clorhídrico) o, por lo menos en una gran proporción, como el ácido sulfúrico. Ácido y bases débiles, son los que se ionizan en una muy pequeña proporción. 2.4. pH El pH es una expresión del grado de acidez o alcalinidad de una solución. Matemáticamente es igual al logaritmo de la concentración de iones hidrógeno con signo negativo, o al logaritmo de la inversa de la concentración del ión hidrógeno. El rango de pH normalmente varía de 0 a 14. BIOMOLÉCULAS Y CÉLULAS CÉLULAS La unidad fundamental de la vida es la célula. La moderna teoría celular puede reducirse a cuatro principios fundamentales:
  8. Las células forman toda materia viva

LOS ORGANELOS DE LA CÉLULA.

Nucleo: rodeada por una membrana.Esta rodeada por dos membranas una interna y la otra externa que a su

Pared celular.

 Deja pasar libremente las sustancias que atraviesan las membranas

 Impide que la célula estalle para la acumulación de agua.

Membrana celular plasmática.

 Rodea toda la célula y mantiene su integridad

 es una membrana semipermeable o selectiva esto indica que solo pasan algunas sustancias.

 Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa

Citoplasma.

 Se ubica entre la membrana celular y el núcleo.

Mitocondria.

 Forma elíptica se encuentra delimitada por una doble membrana.

 Posee un material genético propio como el ADN.

 Puede adoptar diferentes formas asta siempre rodeados por dos membranas.

Cloroplasto.

 Son organelos que se encuentran solo en células que están formadas a plantas y algas verdes.

 Poseen su propio material genético llamado ADN plasticidad.

 Esta directamente asociados a los procesos de digestión intracelular.

 Esta rodeada por una membrana de forma esférica.

Centriolos.

 Están formados por 9 paredes de filamentos periféricos y dos centrales.

 Células animales.

Vacuola.

 Son vacuolas o bolsas membranosas

 Su funcion es almacenar temporalmente alimentos, agua, desechos y otros materiales.

Retículo endoplasmatico liso.

 No tiene ribosomas y se considera relacionado a diferentes procesos de síntesis de productos tales c

Peroxisomas.

 Organelo formado por una sola membrana de forma esférica por lo general

 Se encuentra en célula animales y vegetales.

 Participan en la degradación de ácidos grasosos y aminoácidos.

Microtubulos.

 Encargados del transporte intracelular.

 Se hallan celulosas eucariontas.

 Intervienen en diversos procesos celulares que involucran desplazamientos de vesículas.

El transporte trans-membranal se produce cuando las moléculas atraviesan totalmente la membrana de la célula. La difusión facilitada (o el transporte facilitado) es un proceso de difusión transmembranal que se produce en todas las células eucariotas. Es además una forma de transporte pasivo, donde las moléculas pasan a través de la bicapa de fosfolípidos, con la ayuda de las proteínas de transporte. Estas proteínas canales pueden abrirse y cerrarse con el voltaje del ion, proveniente de un impulso del sistema nervioso, que pasa a través del axón. Este canal permite el paso de moléculas más grandes que en el transporte activo ya que pasan a través de las proteínas atraídas por el ion que hace que entren en el citoplasma. Estas moléculas grandes suelen ser glucosa o aminoácidos. Sin embargo, debido a la naturaleza hidrófoba de los lípidos que componen las membranas de la célula, si no fuera por la proteína de transporte, las moléculas solubles en