INTRODUCCION A LA BIOQUIMICA MARY LORENA VALLECILLO-ZÚNIGA. MSc. PROCESOS QUÍMICOS DE LA VIDA (BIOQUÍMICA) TEMA: INTRODUCCION A LA BIOQUIMICA PROFESORA: MARY LORENA VALLECILLO-ZÚNIGA. MSc.

CONTENIDO: - Objetivo y propósito - Áreas en que se divide la bioquímica - La bioquímica como Ciencia Actual e interdisciplinar - Composición Química de los organismos - Moléculas Biológicas: Carbohidratos Ácidos nucleícos Proteínas Lípidos - Distribución de las macromoléculas en la célula - Aplicaciones Medicas de la Bioquímica

PROCESOS QUÍMICOS DE LA VIDA BIOQUÍMICA PROCESOS QUÍMICOS DE LA VIDA El propósito de la bioquímica consiste en describir, explicar y alcanzar la comprensión integral en términos moleculares, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas. El estudio de esta ciencia nos ayuda a: Determinar las estructuras de numerosas moléculas presentes en las células Analizar como funcionan en los procesos metabólicos Entender porque algunas alteraciones bioquímicas originan diversas patologías.

de la materia viva en términos moleculares. La bioquímica pretende describir la estructura, la organización y las funciones de la materia viva en términos moleculares. ¿Cuales son las estructuras químicas de los componentes de la materia viva? ¿De que forma interactúan estos componentes para dar origen a estructuras supramoleculares organizadas, células, tejidos multicelulares y organismos? ¿Como extraen energía de su entorno la materia viva para mantener su existencia? ¿Como se controlan la reacciones químicas en el interior de las células vivas? ¿Qué cambios químicos acompañan a la reproducción, el envejecimiento y la muerte de las células y los organismos? ¿De que manera almacena y trasmite un organismo la información que necesita para crecer y reproducirse de forma exacta?

¿AREAS EN QUE SE DIVIDE LA BIOQUIMICA? La química estructural de los componentes de la materia viva y la relación de la función biológica con la estructura química. 2. El metabolismo, que se refiere a la totalidad de las reacciones químicas que se producen en la materia viva. 3. La genética molecular, es la química de los procesos y las sustancias que almacenan y transmiten la información biológica (herencia y expresión de la in- formación genética en términos moleculares.

LAS RAICES DE LA BIOQUIMICA Biología Celular - Bioquímica Mitocondria Procesos bioquímicos Cloroplastos Tres disciplinas Inicio se consideraban muy distintas, han pasado a estar entrelazadas para dar lugar a una verdadera biología molecular: Que es el objeto de la BIOQUIMICA ACTUAL Genética Gen: Unidad de Información hereditaria DNA: Portador de la Información genética

LA BIOQUIMICA COMO CIENCIA INTERDISCIPLINAR Química orgánica: Que describe las propiedades de las biomoléculas. Biofísica: Que aplica el estudio de la física en el estudio de las estructuras de las biomoléculas Microbiología: Que ha demostrado que los organismos unicelulares y los virus son especialmente adecuados para la determinación de muchas rutas metabólicas y mecanismo de regulación. Fisiología: Que investiga los procesos vitales a nivel tisular y del organismo. Biología celular: Que describe la división bioquímica del trabajo en el interior de la célula Genética: Describe el mecanismo que proporciona a una determinada célula u organismo su identidad bioquímica. Nutrición: Que ha aclarado el metabolismo mediante la descripción de las necesidades alimentarías para el mantenimiento de la salud. Investigación Médica. Que intenta cada vez más comprender los estados patológicos en términos moleculares.

Para comprender la influencia de la bioquímica sobre la biología Para comprender la bioquímica, es preciso estudiar antes la química básica. Para comprender la influencia de la bioquímica sobre la biología es preciso conocer: Los elementos químicos de la materia viva y la estructura completa de muchos compuestos biológicos como: Aminoácidos y Proteínas Azucares (Carbohidratos) Lípidos Nucleótidos Vitaminas Hormonas Su comportamiento durante las reacciones metabólicas. Conocer la estequiometría y los mecanismos de un gran número de reacciones. Entender como es la transferencia de la energía (Termodinámica)

La vida se basa fundamentalmente en unos pocos elementos: Carbono (C) Todas las formas de vida, desde la célula bacteriana más pequeña, hasta el ser humano, están formadas por los mismos elementos químicos, que se utilizan para elaborar los mismo tipos de moléculas La química de la materia viva es similar en todo el mundo biológico La vida se basa fundamentalmente en unos pocos elementos: Carbono (C) Hidrógeno (H) Oxigeno (O) Nitrógeno (N) Aunque hay muchos otros que se utilizan en menor cantidad

COMPOSICION QUIMICA DEL UNIVERSO, LA CORTEZA TERRESTRE Y EL CUERPO HUMANO H y He, abundante en el universo O y el Si, en la corteza terrestre H, C, N y O, en el cuerpo

ELEMENTOS QUIMICOS QUE SE ENCUENTRAN EN LOS ORGANISMOS Necesarios para la vida Abundancia de O e H. Agua: indispensable en procesos bioquímicos Cuerpo Humano: 70% Agua Importantes en la formación de enlaces covalentes, así como el metabolismo energético y en la estructura de los ácidos nucleicos. Metales importantes en la catálisis de las reacciones bioquímicas

MOLECULAS BIOLOGICAS (macromoléculas) Muchas de las moléculas importantes de la célula son de un tamaño enorme DNA - célula humana - extremo a extremo - Longitud 2 metros Las células – Planteamiento modular – Elaboración de moleculas grandes POLIMEROS – Estructuras formadas por la unión de unidades prefabricadas o monómeros Los monómeros  Tipo de macromolécula  Se unen entre ellos o polimerizan, mediante mecanismos idénticos. son de una diversidad Limitada Homopolímero: Se elabora a partir de unidades monoméricas idénticas Heteropolímero: Formados a partir de diversos tipos de unidades monoméricas. Los polímeros forman la mayor parte de la maquinaria estructural y funcional de la célula

Ejemplos de polímeros  Hidrato de carbono: Celulosa Componente estructural fundamental de las paredes celulares de las plantas Polímero formado por la unión (enlaces químicos idénticos) de miles de moléculas de glucosa (azúcar simple) Homopolímero Uniones covalentes entre las unidades de glucosa mediante la eliminación de una molécula de agua Almidón: Polímero de glucosa que funciona como reservas de energía biológica en las plantas Glucogéno: Polímero de glucosa que funciona como reservas de energía biológica en LOS ANIMALES.

Un ácido nucleico: DNA y RNA, participan en el almacenamiento, Transmisión y expresión de la información. DNA: Ac. Desoxirribonucleico. Almacén de Información genética. RNA: Ac. Ribonucleico. Extracción de la información Almacenada en el DNA. Los ácidos nucleicos, DNA y RNA son polímeros de nucleótidos: Polinucléotidos Monómero: dAMP Heteropolímero

Polipéptidos o Cadenas Proteicas. (Polímeros de aminoácidos) Heteropolímero Combinación de 20 aminoácidos Enlaces peptídicos Proteínas. Diversidad estructural superior a los polímeros anteriores. Conjunto mas diverso de funciones biológicas Estructural. Queratina en el pelo y piel Colágeno en el tejido conjuntivo Transportadoras. Hemoglobina (transporta oxígeno en la sangre) Hormonas. Transmisión de información entre partes distintas del organismo Receptores. De superficie celular: Reciben Señales de las hormonas Anticuerpos. Defienden al organismo de infecciones

Función de Elemento Estructural Otro tipo de Macromolécula: LIPIDOS Ácido graso 1. Grupo de compuestos químicamente diversos 2. Estructuras con abundantes hidrocarburos 3. Solubilidad muy baja en medio acuoso de la célula Baja solubilidad Función de Elemento Estructural de las MEMBRANAS que rodean a las Células y que las dividen en varios compartimentos Estructura de una membrana celular Cera Glicero- fosfolípido Colesterol

Distribución de las macromoléculas en una célula

Fármacos Tratamiento Análogos metabólicos APLICACIONES MÉDICAS DE LA BIOQUIMICA Fármacos Análogos metabólicos Tratamiento Ácidos Nucleicos y Vitaminas Leucemias Infecciones bacterianas Paludismo Gota Inf. Por virus Herpes SIDA Mercaptopurina: (Análogo de ácidos nucleicos) Inhibe la replicación Incontrolada del DNA De la proliferación de Glob. Blancos en leucemia AZT: (Analogo de timidina) Posible fármaco antineoplásico. Tratamiento del SIDA para Atacar el virus VIH Isoproterenol: (Análogo adrenalina) Simula la acción de la adrenalina, Que transmite señales al corazón Los pulmones y otros órganos.

UNIDAD DE LA ORGANIZACIÓN BIOLOGICA: LA CELULA Primeros descubrimientos de Biología: Cellulae o CELULA Robert Hooke (1665): Tejidos de plantas (corcho), divididos en minúsculos compartimentos: En 1840, Theodor Schwann: Los organismos existen como células únicas o como agregados de células. Todas las criaturas vivas están formadas por células. Todas las células tienen aprox. el mismo tamaño. El tamaño de las células no guarda relación con el tamaño del organismo: Elefante y pulga: tamaño de células, aprox., igual. Elefante: Mayor numero de células.

¿Por qué se mantiene esta uniformidad en el tamaño celular? Proporción superficie/volumen de un objeto de una forma determinada depende de su tamaño Org. Grande (Mayor volumen) Bacterias pequeñas Virus (mas pequeños) Mayor no. células No metabolismo propio Metabolismo sencillo Macromóleculas complejas Metabolismo Complejo

Células: Unidades universales de la vida Procariotas Unicelulares Bacterias Protozoos Hongos Algas Unicelulares Multicelulares Eucariotas Animales Vegetales Multicelulares Organelo Procariontes Eucariontes Núcleo No hay núcleo definido; hay DNA pero no esta Presente separado del resto de la célula Membrana celular Presente Presente (plasmática) Mitocondrias NO; las enzimas para oxidar están en la mem- Presente brana plasmática Retículo endoplásmico No Presente Ribosomas Presentes Presentes Cloroplastos No; la fotosíntesis se efectúa en cromatóforos Presentes en plantas verdes Virus: No celulares - Entidades biológicas: Portadores de DNA y para duplicarse a sí mismos utilizan la maquinaria de reproducción y las fuentes de energía de la célula hospedera

CELULAS PROCARIOTAS No hay compartimentos Membrana celular que las separa de su entorno. Bicapa lipídica con proteínas incrustadas Región de DNA Dirige el funcionamiento del organismo menos compleja Citosol con apariencia granular debido a los ribosomas

Organelos más importantes: CELULAS EUCARIOTAS Organelos más importantes: Animal Nucleo: Contiene casi todo el DNA De la célula y en el se sintetiza el RNA. Mitocondria: Contienen enzimas que catalizan importantes rxs productoras de energía Vegetal Cloroplastos: Presentes en las plantas y Algas verdes; se efectúa la fotosíntesis

La bioquímica es también una disciplina diferenciada por: Énfasis en las estructuras y las reacciones de las biomoléculas (enzimas y catálisis biológica) Explicación de las rutas metabólicas y su control Principio de que los procesos vitales pueden comprenderse mediante las leyes de la química

Biología Celular - Bioquímica LAS RAICES DE LA BIOQUIMICA Los primeros bioquímicos tuvieron que superar la idea de que la materia viva y la carente de vida eran diferentes Biología Celular - Bioquímica Mitocondria Procesos bioquímicos Cloroplastos Genética Gen: Unidad de Información hereditaria DNA: Portador de la Información genética Tres disciplinas Inicio se consideraban muy distintas, han pasado a estar entrelazadas para dar lugar a una verdadera biología molecular: Que es el objeto de la BIOQUIMICA ACTUAL