“yo sé que la palabra Bioquímica produce determinados reflejos condicionados en nuestros estudiantes. Y cuando los vemos traumatizados por la Bioquímica, horrorizados por la Bioquímica, decimos: ¿Cómo es posible, siendo tan interesante, tan maravillosa y tan útil la Bioquímica?” Fidel Castro Ruz

BIOQUÍMICA La Bioquímica es la ciencia que estudia los seres vivos a nivel molecular mediante técnicas y métodos físicos, químicos y biológicos Es la ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas, reacciones químicas y procesos que ocurren en las células y microorganismos vivientes.

Bioquímica descriptiva: estudia cada uno de los constituyentes de los seres vivos, para lo cual exige identificación, separación y purificación, determinación de estructuras y propiedades. Bioquímica dinámica: se ocupa de las reacciones químicas que acontecen en los sistemas biológicos, estudio del metabolismo. Objetivos: Comprensión integral, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas.

BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOS yBIOMOLÉCULASyBIOMOLÉCULAS

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos, solo unos ±20-30 son indispensables y comunes a todos los seres. CLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOS

Composición de los seres vivos Solamente unos 30 elementos químicos de los 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, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas. Solamente unos 30 elementos químicos de los 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, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

Átomos (O, H, N, C, S, P) Moléculas (O 2, H 2 O, CO 2, CH 4, C 6 H 12 O 6 ) Célula  AQUÍ COMIENZA LA VIDA

Biomoléculas inorgánicas: *El agua «Sin agua no hay vida» *Sólidos minerales: fosfato de calcio insolubles (formación de tejidos duros huesos y dientes) *Iones (disueltos en líquidos corporales y protoplasma celular) esenciales para funciones vitales

Biomoléculas Orgánicas La mayoría son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y circulares. Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales. Las propiedades químicas vienen determinadas por los grupos funcionales.

Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y ciclos. La mayoría de la biomoléculas son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). Ej. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales. Los grupos funcionales determinan las propiedades químicas. Biomoléculas Orgánicas Hidroxilo Carbonilo Carboxilo Amino Sulfhidrilo Fosfato

Niveles de complejidad de las biomoléculas orgánicas Moléculas sencillas: metabolitos y unidades estructurales (glucosa, piruvato, ácidos grasos). Macromoléculas: ácidos nucleicos, lípidos, proteínas, polisacáridos

Biomoléculas Las biomoléculas son las que naturalmente se encuentran en los sistemas biológicos donde cumplen funciones específicas. Entre ellas: H 2 O Proteínas Lípidos Glúcidos Nucleótidos y ácidos nucleicos. Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos orgánicos. Gases como CO2 y O 2.

Jerarquía en la Estructura Celular

H2OH2O Estructura del agua (arquitectura molecular) - Posibilita las interacciones débiles Propiedades físicoquímicas – Acción disolvente – Elevada fuerza de cohesión – Elevada fuerza de adhesión – Gran calor específico – Elevado calor de vaporización – Punto de fusión, ebullición – Constante dieléctrica Funciones biológicas Ionización del agua –Disociación del agua –Producto iónico del agua –Concepto de pH –Sistemas tampón Ósmosis y fenómenos osmóticos Las sales minerales

u.m.a. = 16 1s 2 2s 2 2p4 Hibridación sp3 del oxígeno – Estructura tetraédrica – Geometría no lineal (angular) Distinta electronegatividad de O e H = Molécula polar por la distribución asimétrica de los electrones de enlace – Carga parcial + (d + ) cerca de los H y – (d - ) cerca del O – Capacidad de formar enlaces de hidrógeno

La estructura del agua en estado sólido (hielo) es un ejemplo del efecto acumulativo de muchos enlaces de hidrógeno. El agua sólida da lugar a una red estructural regular que corresponde al estado cristalino. Forma estructuras geométricas de 24 lados (eicosatetraedro). Debido a la estructura abierta, el agua es una de las muy pocas sustancias que se expande en el congelamiento (menor densidad que el agua líquida).

Interacciones débiles en solución acuosa: El enlace de hidrógeno -Son enlaces más débiles que los covalentes -El enorme número de puentes hidrógeno en el agua le confieren al estado líquido una enorme cohesión -Dado que las moléculas se encuentran en constante movimiento, los enlaces de hidrógeno se forman y se rompen permanentemente.

Disolución de sustancias Sustancias iónicas y polares (moléculas orgánicas pequeñas con uno o más átomos electronegativos ej. alcohol, aminas, ácidos. La atracción entre los dipolos de esas moléculas y el dipolo del agua hacen que tiendan a disolverse. Se clasifican como hidrofílicas. *El agua disuelve bien a las sustancias polares e iónicasiónicas. *En las moléculas biológicas abundan grupos polares e iónicos (OH, SH, COO -, NH 3 +, PO4-PO4-) que facilitan su disolución.

Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración

b) Elevada fuerza de adhesión. Los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. c) Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible.

* Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos. * Punto de ebullición Temperatura en que el agua pura cambia al estado de vapor, es de 100º C a nivel del mar. * Punto de fusión Temperatura en que el agua cambia del estado sólido a líquido. Es de 0º C y puede disminuir en presencia de solutos electrostáticos.

Propiedades biológicas Disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares. Incluso moléculas biológicas no solubles (ej. lípidos) como dispersiones coloidaleslípidos Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación-reducciónhidrataciónhidrólisis Permite la difusión (principal transporte de muchas sustancias nutritivas). Termorregulador, permitiendo la vida en una amplia variedad de ambientes térmicos Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura celular.

Funciones del agua Relacionadas con las propiedades Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos Favorece la circulación y turgencia Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

CARBOHIDRATOS Se les llama azúcares a la mayoría porque saben dulces. A temperatura ambiente son sólidos. Debido a sus múltiples grupos –OH, éstos forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua y son solubles en agua.

CARBOHIDRATOS: FUNCIONES IMPORTANTES Proveen energía cuando se oxidan. Suplen el carbón para la síntesis de los componentes celulares. Sirve como un almacen de energía química. Forma parte de la estructura elemental de ciertas células y tejidos.

CLASIFICACION DE CARBOHIDRATOS Se clasifican de acuerdo al tamaño: –Monosacárido – una unidad de un polihidróxido de aldehído o acetona –Disacárido – compuesto por dos unidades de monosacáridos –Polisacárido – cadenas largas de unidades de monosacáridos.