Historia de la Bioquímica DEFINICIÓN: “Ciencia que trata la química de la vida” Historia de la Bioquímica El siglo XIX Ramón y Cajal Siglo XX, 1900-1950 Severo Ochoa

El siglo XX, 1950-2000 Muy desarrollada en los últimos años (genómica, proteómica) Muchos Premios Nobel a Bioquímicos (Química, Medicina, Fisiología) Nuevos descubrimientos casi a diario (prensa, TV) Factores que han contribuido al desarrollo de la bioquímica La materia viva obedece las leyes fundamentales de la Física Las poderosas técnicas de investigación desarrolladas

Objetivo de la Bioquímica: Conocimiento de la vida en términos moleculares ¿Cuál es la estructura de los componentes de la materia viva? ¿Cómo interaccionan éstos componentes para dar origen a estructuras supramoleculares organizadas (células, tejidos, organismos)? ¿Cómo extrae energía del entorno la materia viva? ¿Cómo almacena y transmite un organismo la información necesaria para crecer y reproducirse de forma exacta?

Este objetivo se simplifica gracias a una cierta uniformidad ¿Qué cambios químicos acompañan a procesos como la reproducción, el envejecimiento y la muerte de células y organismos? ¿Cómo se controlan las reacciones químicas en la célula? Contienen las mismas macromoléculas Utilizan la misma moneda de energía: el ATP Poseen los mismos tipos de reacciones El código genético es, prácticamente, universal Este objetivo se simplifica gracias a una cierta uniformidad entre los seres vivos

Importancia de la Bioquímica en la L Importancia de la Bioquímica en la L. de Farmacia: su relación con el medicamento Algunas biomoléculas son componentes activos de medicamentos: vitaminas, hormonas, azúcares, aa, coenzimas,...: * “Terapia de sustitución”: Insulina (pacientes diabéticos) * Ampliación de mecanismos fisiológicos: - Antioxidantes (vitaminas E, C y b-caroteno) - Prevención de procesos de oxidación (cáncer, envejecimiento,...)

El mecanismo de acción de muchos fármacos se explica por su interacción con estructuras y funciones bioquímicas: Inhibidores de enzimas: Antibioticos (sulfamidas, penicilina, etc.) Ác. acetilsalicílico La metabolización de los fármacos repercute en: su vida media su funcionalidad (formación de metabolitos con diferente actividad farmacológica) interacciones entre fármacos (potenciación o antagonismo de sus efectos)

Aplicación de las técnicas de ingeniería genética a la obtención de fármacos: Insulina humana, interferón, hormona del crecimiento, etc. La terapia génica permitirá tratar el origen mismo de la enfermedad interviniendo sobre el DNA alterado.

RESUMEN UNA BUENA FORMACIÓN BIOQUÍMICA ES ACTUALMENTE NECESARIA PARA QUE EL FARMACÉUTICO SE CONVIERTA EN ESPECIALISTA DEL MEDICAMENTO

CARACTERES Y COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA 1. LA BIOQUÍMICA COMO CIENCIA QUÍMICA COMPONENTES: Bioelementos Biomoléculas (proteínas, lípidos, polisacáridos y ácidos nucleicos) Fuerzas que los unen http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html COMBINACIONES ENTRE ELEMENTOS

2. LA BIOQUÍMICA COMO CIENCIA BIOLÓGICA CARACTERÍSTICAS de la materia viva: Complejidad Orden (intercambian materia y energía con el entorno) Capacidad de replicación (la vida se autorreproduce) 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 ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR: Procariotas y Eucariotas

http://danival.org/notasbio/clas/procariota_eukariota_2.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

“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

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

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

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 anfipáticas Moléculas hidrófobas RELATIVAMENTE INSOLUBLES EN AGUA Hidrocarburos alifáticos y aromáticos o sus derivados que no pueden formar enlaces de H Moléculas anfipáticas PROPIEDADES HIDRÓFILAS E HIDRÓFOBAS Acidos grasos y detergentes “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Monocapas Micelas Bicapas

COMPOSICIÓN APROXIMADA DEL ORGANISMO (%) AGUA 60% MINERALES 5,5 LÍPIDOS 20 ACIDOS NUCLEICOS >1 CARBOHIDRATOS 1 PROTEINAS 14

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 2 OTROS TAMPONES FISIOLÓGICOS H2PO4-/HPO42- (pKa = 6,86) Mantiene el pH intracelular Proteínas (pKa próximo a 7) NH4+/NH3 Tampona la orina