BIOQUÍMICA BÁSICA CARACTERES Y COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA 1. LA BIOQUÍMICA COMO CIENCIA QUÍMICA COMPONENTES: Bioelementos Biomoléculas Fuerzas que los unen 2. LA BIOQUÍMICA COMO CIENCIA BIOLÓGICA CARACTERÍSTICAS de la materia viva: Complejidad Orden Capacidad de replicación ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR: Procariotas y Eucariotas

A.- BIOELEMENTOS 1.- COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA Todas las formas de vida están constituidas por los mismos elementos químicos que forman los mismos tipos de moléculas. Ello refleja el origen evolutivo común de las células y organismos A.- BIOELEMENTOS Primarios Secundarios Oligoelementos Carbono (C) Hidrógeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N) Azufre (S) Fósforo (P) Magnesio (Mg) Calcio (Ca) Sodio (Na) Potasio (K) Cloro (Cl) Hierro (Fe) Silicio (Si) Manganeso (Mn) Vanadio (V) Cobre (Cu) Cromo (Cr) Zinc (Zn) Cobalto (Cu) Flúor (F) Selenio (Se) Yodo (I) Molibdeno (Mb) Boro (B) Estaño (Sn)

CONFIGURACIÓN TETRAÉDRICA DE LOS ENLACES DE CARBONO Los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes . Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica. http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

OLIGOELEMENTOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

COMBINACIONES ENTRE ELEMENTOS http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

Enlaces covalentes (C-C) Interacciones débiles: Carga-Carga FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL MANTENIMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DE LOS SERES VIVOS Enlaces covalentes (C-C) Interacciones débiles: Carga-Carga Dipolo-dipolo Fuerzas de van der Waals Enlaces de hidrógeno

ENLACES DE HIDRÓGENO Dador Aceptor EJEMPLOS AGUA AGUA CON OTRAS MOLÉCULAS PROTEINAS Y ACIDOS NUCLEICOS Dador Aceptor EJEMPLOS

B.- MOLÉCULAS BIOLÓGICAS O BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: H2O, O2, CO2 ORGÁNICAS: Proteínas, Ac. Nucleicos, Glúcidos, Lípidos ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE MACROMOLÉCULAS GLÚCIDOS: función básicamente energética (monosacáridos), estructural (celulosa o glucolípidos de membrana) o almacén de energía (glucógeno, almidón) AC. NUCLEICOS: polímeros de 4 nucleótidos con función en el almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. PROTEíNAS: Distintas funciones: catalítica, estructural, transporte, hormonal, reguladora, defensa (anticuerpos), receptora. LíPIDOS: Función estructural (lípidos de membrana), reserva energética (tejido adiposo) o reguladora (terpenos, esteroides, prostaglandinas)

2.- CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA VIVA Los seres vivos están constituidos por moléculas químicas que interaccionan entre sí en un medio acuoso adquiriendo nuevas propiedades físico-químicas que dan lugar al fenómeno vital COMPLEJIDAD (muchas de las biomoléculas orgánicas son macromoléculas formadas por la unión de monómeros) ORDEN, existen mecanismos que regulan el metabolismo (conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula) para mantener la HOMEOSTASIS REPLICACIÓN: Las móleculas orgánicas son capaces de guardar, expresar y transmitir la información que contienen, dando lugar a la perpetuación de la vida

EL AGUA EN LOS PROCESOS BIOLÓGICOS El agua proporciona un entorno fluido que permite la movilidad de las moléculas y su interacción en los procesos metabólicos Estructura y propiedades El agua como disolvente Ionización Soluciones tampón

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL AGUA POLARIDAD RED TRIDIMENSIONAL http://www.puc.cl/quimica/agua/estructura.htm http://enfenix.webcindario.com/biologia/molecula/aguestru.html PUENTES DE HIDRÓGENO Punto de ebullición elevado Líquida a la Tª de la superficie terrestre

AGUA LÍQUIDA Y SÓLIDA

Propiedades derivadas de la estructura del agua Grado de ionización. Concepto de pH. Tensión superficial. (Zapateros) Termorregulador: calor específico, conductividad térmica, calor de vaporización. Densidad. Vida en los polos y flotabilidad. Transparencia. Vida en las profundidades. Baja viscosidad. Fluidez. Función mecánica y estructural: Fuerza de cohesión: capilaridad. Poder disolvente: iónicos, anfipáticos y polares no iónicos. Dispersiones: coloides: suspensión (sólido) y emulsión (líquido)

ACCIÓN DISOLVENTE DEL AGUA El agua es el disolvente universal en los medios intra y extracelulares debido a su naturaleza polar y su tendencia a formar enlaces de hidrógeno. Moléculas hidrófilas Alcoholes, aminas, -SH, ésteres (capaces de formar enlaces de H) Compuestos iónicos http://enfenix.webcindario.com/biologia/molecula/agupropi.html

Moléculas hidrófobas RELATIVAMENTE INSOLUBLES EN AGUA Hidrocarburos alifáticos y aromáticos o sus derivados que no pueden formar enlaces de H

Moléculas anfipáticas Acidos grasos y detergentes PROPIEDADES HIDRÓFILAS E HIDRÓFOBAS Monocapas Micelas Bicapas “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

EQUILIBRIOS IÓNICOS Prácticamente, todas las reacciones químicas que se dan en el organismo tienen lugar en un medio acuoso, en el que el comportamiento de las moléculas depende de su estado de ionización Por ello es importante conocer bien: Equilibrios ácido-base Ionización del agua Importancia de las soluciones tampón

Producto iónico del agua IONIZACIÓN DEL AGUA Ión hidroxilo Ión hidronio Producto iónico del agua pH de los fluidos corporales entre 6,5-8 http://enfenix.webcindario.com/biologia/molecula/aguioniz.html

SOLUCIONES TAMPÓN O AMORTIGUADORAS Mantienen el pH fisiológico Están formados por ácidos débiles y sus bases conjugadas Tampón bicarbonato: mantiene el pH de los líquidos intercelulares en valores próximos a 7,4 ión bicarbonato ácido carbónico OTROS TAMPONES FISIOLÓGICOS H2PO4-/HPO42- (pKa = 6,86) Mantiene el pH intracelular Proteínas (pKa próximo a 7) NH4+/NH3 Tampona la orina

DISPERSIONES Disoluciones verdaderas <1nm Naturaleza de la fase dispersa: Suspensión: proteínas, glúcidos Emulsión: lípidos Afinidad entre ambas fases: Hidrófilos: precipitación, floculación Hidrófobos Tipos (según tamaño partículas): Disoluciones verdaderas <1nm Coloides 1nm<X<0,2 μm Coloides (estados): Sol Gel Coloides (clasificación):

PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES

ÓSMÓSIS

Sales minerales Iones: Cationes: Na+, K+, Ca2+ y Mg2+ Funciones: Aniones: cloruro, fosfato, carbonato, bicarbonato, sulfato, nitrato Funciones: Disociada: Equilibrio osmótico. Equilibrio ácido-base. Combinada. Estructural o de sostén