Programación de clases GLS - Lu 05/04/2010 Intr.Teórica UT 1: Bioquímica: definiciones e importancia. Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos. Clase Áulica: UT 1 y 2: Practicas s/Bioseguridad, Materiales de laboratorio, Ambiente celular.

BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS Unidad Temática Nº 1: BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS Delimitar el campo que abarca la Bioquímica, conocer sus implicancias, su importancia en Medicina Veterinaria, la terminología que emplea y los métodos de estudio. Comprender la importancia del ambiente acuoso en los procesos bioquímicos que tienen lugar en la matriz vital y el rol de los compuestos inorgánicos y orgánicos. Unidad Temática Nº 1 BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS a) Definición, alcances como disciplina y como ciencia interdisciplinaria. Bioquímica descriptiva y bioquímica dinámica. Objeto e importancia de la Bioquímica actual. Fuentes bibliográficas. Bioquímica y Medicina Veterinaria. Terminología científica. Métodos de estudio. Bioseguridad. b) Elementos que constituyen la materia orgánica, bioelementos. Clasificación y funciones de los principales bioelementos. Composición química de los seres vivos. Biomoléculas. Organización de la materia viva. Jerarquía de la organización molecular de las células. Biomoléculas presentes en orgánulos de células procariotas y eucariotas. Medios extra e intracelular. Agua y electrolitos. Estructuras molecular y macromolecular del agua; rol en los sistemas biológicos, acción como disolvente, ionización de la molécula y participación en el equilibrio iónico. Distribución del agua en el organismo animal; proporciones en los diferentes tejidos.

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

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 integra, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas.

¿Qué es la Vida? Unidad dentro de la diversidad – Todos organismos vivos • Se componen de las misma clase de moléculas (moléculas biológicas) • Funcionan de manera semejante • Responden a las mismas leyes Físicas y Químicas que rigen el Universo • La vida es compleja y dinámica • La vida se organiza y mantiene a sí misma – Organización jerárquica – Necesita de aporte de energía y materia • Metabolismo y homeostasis

¿Qué es la Vida? • La célula es la unidad fundamental de organización y funcionamiento de la vida • La vida necesita información biológica – Necesaria para su organización, funcionamiento y replicación – Es una información estructural • Secuencia de los genes --> proteínas --> funciones • La vida no es estática: se adapta y evoluciona – Todas las formas de vida tienen un origen común

Organización Jerárquica de Organismos Multicelulares Sistema (aparato digestivo) Órgano (hígado) Organización Jerárquica de Organismos Multicelulares Tejido (Tejido hepático) Célula (hepatocito) Orgánulo (núcleo) Molécula (DNA) Átomo (carbono)

Jerarquía de la organización molecular de las células Orgánulos Núcleo Mitocondria Cloroplasto Cuerpos de Golgi Asociaciones Supramoleculares peso de partícula 106 - 109 Ribosomas Complejos enzimáticos Sistemas contráctiles Microtúbulos Jerarquía de la organización molecular de las células Célula Macromoléculas peso molecular 103 - 109 Ácidos nucleicos Proteínas Polisacáridos Lípidos Unidades ó sillares estructurales 100 - 350 Nucleótidos Aminoácidos Monosacáridos Ácidos grasos Glicerina Célula Intermediarios peso molecular 50 - 250 Piruvato Citrato Malato Gliceraldehído 3-fosfato Precursores del entorno 18 - 44 Dióxido de carbono Agua Oxígeno Amoníaco Nitrógeno

Jerarquía en la Estructura Celular

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 por qué se transforman? • ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan? • ¿Por qué son estructuras muy ordenadas? • ¿Cómo se transmite la información genética? • ¿Cómo se expresa y controla la información genética?

Métodos de estudio en Bioquímica La Bioquímica utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica. Por ello las experiencias se efectúan 1ro. In vitro; luego se integran p/aproximarse más a las células, órganos y organismos; y, por último, se desarrollan in vivo. Análisis: Cualitativo con técnicas de preparación y purificación y métodos de determinación de estructuras. Cuantitativo con técnicas de valoración y estudio del metabolismo en animales, a veces en el hombre o las que intentan reconstituir in vitro los fenómenos que se producen in vivo.

Métodos p/Separar y Purificar Biomoléculas: Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos. Métodos p/Separar y Purificar Biomoléculas: Fraccionamiento salino (ej., precipit. de proteínas c/sulfato de amonio) Cromatografía: Papel; intercambio iónico; afinidad; capa fina; gas-líquido; líq.alta-presión; filtración en gel Electroforesis: Papel; alto-voltage; agarosa; acetato de celulosa; geles de almidón y poliacrilamida; etc Ultracentrifugación

Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos. Métodos p/determinar estructuras de Biomoléculas: Análisis elemental UV, visible, infrarrojo y espectroscopía (NMR) Hidrólisis ácida o alcalina p/degradar la biomolécula en sus constit. Básicos Uso de 1 batería de enzimas de conocida especificidad p/ degradar la biomoléc. bajo estudio (ej, proteasas, nucleasas, glicosidasas) Espectorometría de masa Métodos de secuenciación específicos (ej, p/proteínas y ács. nucleicos) Cristalografía de rayos X

Principales métodos usados en laboratorios bioquímicos. Preparaciones p/estudios de procesos bioquímicos Animal intacto Órganos perfundidos aislados Cortes de tejidos Células intactas Homogeneizados Organelas celulares aisladas Subfracciones de organelas Metabolitos y enzimas purificados Genes aislados (incluyendo reacc. en cadena de polimerasa, etc.)

Técnicas más utilizadas en la investigación Bioquímica • Técnicas de separación: electroforesis, cromatografía. • Técnicas analíticas: espectrometría, fluorimetría, difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear (RMN), etc.

Orgánicas (c/C,H,O,S,P) Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos El análisis químico de la materia viva revela que está formada por una serie de elementos y compuestos químicos. Estos se denominan bioelementos; y, en los seres vivos, forman biomoléculas, que se pueden clasificar en: Inorgánicas Agua 50-95% Sales minerales Iones (Na+, K+, Mg++, Ca++ ) =1% Algunos gases: O2, CO2, N2, ... Orgánicas (c/C,H,O,S,P) Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

Biomoléculas • Inorgánicas • Orgánicas – Agua 50-95% – Iones (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, ...) 1% • Orgánicas – Derivados de hidrocarburos • Combinaciones de carbono (principal), hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. – Forman enlaces covalentes estables – Importancia del carbono: • Puede participar hasta en 4 enlaces covalentes fuertes (Complejidad y estabilidad estructural) • Permite formar cadenas largas lineales o ramificadas

Raíces Relación con otras ciencias:. Acidos nucleicos- Genética Raíces Relación con otras ciencias: * Acidos nucleicos- Genética * Función corporal- Fisiología * Técnicas bioquímicas y planteamiento inmunológicos- Inmunología * Metabolismo de drogas (reacción enzimática)- Farmacología * Venenos que alteran raecciones o procesos bioquímicos- Toxicología * Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología * Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos Terminología científica

Importancia de la Bioquímica en las ciencias de la salud • Todas las enfermedades (excepto las traumáticas), tienen un componente molecular. • Los modernos métodos de diagnóstico y las nuevas terapias han sentado las bases de la Patología Molecular.

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Elementos que integran los seres vivos = bioelementos o elementos biogenéticos. Átomos c/ partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones, que se caracterizan básicamente por su masa y por su carga: El núcleo es casi 10.000 veces más chico que el átomo pero contiene casi toda su masa. Tiene cargas + = Protones y neutras = Neutrones |------------10-10m--------------| Átomo: Los electrones se ubican fuera en una nube alrededor del núcleo

http://www.lenntech.com/espanol/tabla -periodica.htm

X es el símbolo del elemento químico número atómico = número de protones número de masa atómica = número de protones + neutrones El número de electrones en un átomo neutro = al número atómico En general, los átomos de los elementos se representan con dos índices que preceden al símbolo específico, donde: X es el símbolo del elemento químico Z es el número de protones o número atómico A es la masa atómica El número de neutrones será la diferencia (A-Z). En la tabla periódica de los elementos, éstos se ordenan en función de su numero atómico. ZX A

PROPIEDADES

C/2 ó más diferentes elementos ÁTOMOS MATERIA PROTONES ELECTRONES MOLÉCULAS NÚMERO ATÓMICO CAPAS CON UNIONES QUÍMICAS COVALENTES IÓNICAS Comparte electrones Transfiere Elemento Capa de Valencia Las unidades más pequeñas son Son las formas básicas de Las subatómicas incluyen Se combinan p/formar Se mantienen unidos por Pueden ser Se forman y se rompen en P/completar Combina- dos para el Determi- nan el Discurren en las Varía en Constante p/ c/elemento Capa externa llamada NEUTRONES C/2 ó más diferentes elementos Encontra- dos en Núcleo COMPUESTOS NÚMERO MÁSICO Reacciones químicas Isótopos Octeto

UNIONES QUÍMICAS COVALENTES ELECTROVALENTES

Grupos Funcionales

Elementos más abundantes en la materia de la corteza terrestre y cuerpo humano. Carbono 18% Varios átomos (iguales o distintos) que se unen entre sí, forman las moléculas (porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas). Son cuerpos simples los formados por moléculas con átomos iguales entre sí (O2). Si están formadas por átomos distintos, se trata de cuerpos compuestos(H2O).

Abundancia de los elementos en el agua de mar, el cuerpo humano y la corteza terrestre 66 63 O 47 33 25.5 Si 28 Cl 0.33 C 9.5 Al 7.9 Na 0.28 N 1.4 Fe 4.5 Mg 0.033 Ca 0.31 3.5 S 0.017 P 0.22 2.5 0.0062 0.08 K 0.006 0.06 2.2 0.0014 Los valores se expresan como porcentaje sobre el número total de átomos 35

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres. 36

Composición de los seres vivos • Solo unos 30 elementos químicos de los más de 90 presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos • La mayoría c/nro atómico bajo, por debajo de 34. • Los más abundantes son: H, O, C, N (los 4 constituyen más del 99% de la masa celular), Ca, P, S, Na, K, Cl. • Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

Por su abundancia se pueden clasificar en: a) Bioelementos primarios, en promedio 96% en la materia viva, y son C, O, H, N, P y S. Propiedades que los hacen adecuados para la vida: Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. C, O y N pueden formar enlaces dobles o triples. Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza. 38

b) Bioelementos secundarios, proporción próxima al 3,3% b) Bioelementos secundarios, proporción próxima al 3,3%. Son: Ca, Na, K, Mg y Cl, c/ funciones de vital importancia en fisiología celular. c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, proporción inferior al 0,1%, siendo también esenciales para la vida: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, Bo, Si, V, Co, Se, Mo y Sn. Su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos. 39

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

Biomoléculas Las biomoléculas son las que naturalmente se encuentran en los sistemas biológicos donde cumplen funciones específicas. Entre ellas se encuentran: H2O Proteínas Lípidos Glúcidos Nucleótidos y ácidos nucleicos. Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos orgánicos. Gases como CO2 y O2. 45

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL TEJIDO OSEO Y MUSCULAR Compuesto Músculo Hueso AGUA 75 % 22 GLÚCIDOS 1 % Escaso LÍPIDOS 3 % Escaso PROTEÍNAS 18 % 30 OTRAS SUST.ORGÁNICAS 1 % Escaso OTRAS SUST.INORGÁNICAS 1 % 45 47

Biomoléculas inorgánicas: *El agua *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 48