BIOQUÍMICA: CLASE 1

1. BIOQUÍMICA: CLASE 1

2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Del Programa de BIOQUÍMICA • Analítico • de Trabajos Prácticos • de Examen Dra. MV Gladis Lilia Sandoval

3. Clase 1: Parte 2 (04/04/13). Objetivos planteados • Desarrollar criterios grales.para la apropiación de conocimientos en clases de Bioquímica . • 1° Tema: Estudio de la Bioquímica. Composición química de la materia viva. Bioelementos y biomoléculas. • Conocer los instrumentos y materiales de laboratorio y su utilidad. • Aprender técnicas, conocer los elementos necesarios y las normas de bioseguridad en el laboratorio. • Adquirir destrezas en la utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) en el ámbito de la Universidad y particularmente del Blog de Bioquímica.

4. UT 1: Bioquímica, Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos. INTRODUCCIÓN TEÓRICA • Bioquímica: definiciones e importancia. • Bioquímica y Medicina Veterinaria. • Terminología científica. • Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. • Agua. Bioelementos. • Fuentes bibliográficas. CLASE PRÁCTICA ÁULICA / SEMINARIO • Bioseguridad • Materiales e instrumentos de laboratorio • Ambiente celular.

5. Definiciones y vocabulario Elementos comunes Origen de los vocablos Prefijos y sufijos

6. 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 vivosa nivel molecular mediante técnicas y métodos físicos, químicos y biológicos

7. 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.

8. 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 porqué se transforman? • ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan? • ¿Porqué son estructuras muy ordenadas? • ¿Cómo se transmite la información genética? • ¿Cómo se expresa y controla la información genética?

9. Métodos de estudio en Bioquímica Utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica. 1° In vitro -> se integran s/células, órganos; 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.

10. Centrifugación diferencial. Centrifugación en gradiente de sucrosa. Tejido Homogen. Pellet: Céls,Núcleos, citoesq., membr. Pellet: Mitoc., lisosomas, peroxisomas Sobrenadante: Proteínas solubles. Pellet: Micros, fragm. RE, vesíc. Pellet: Ribosomas y Macromoléc.

11. Técnicas más utilizadas en lainvestigación Bioquímica • Técnicas de separación: electroforesis, cromatografía. • Técnicas analíticas: espectrometría, fluorimetría, difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear (RMN), dicroísmo circular.

12. Importancia de la Bioquímicaen las ciencias de la salud RaícesRelación 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 BotánicosTerminología científica

13. Importancia de la Bioquímica en las Ciencias de la Salud Los modernos métodos de diagnóstico y las nuevas terapias han sentado las bases de la Patología Molecular. Todas las enfermedades (excepto las traumáticas), tienen un componente molecular. Ejemplos de enfermedades Moleculares • Enfermedades de origen hereditario (hemofilia, anemias hemolíticas). • Grandes enfermedades somáticas (diabetes, cáncer). • Enfermedades de etiología exógena (infecciones, déficits de vitaminas). • Enfermedades neurológicas (esquizofrenia, enfermedades neurodegenerativas) Diagnóstico • Modificaciones del pH de fluídos biológicos (orina y sangre) reflejo de una patología. • Detección de microorganismos (bacterias y virus) mediante ensayos enzimáticos, moleculares (proteínas y AN) e inmunológicos (anticuerpos) • Prevención y diagnóstico de malformaciones congénitas por análisis de células fetales. • Detección de marcadores de células tumorales.

14. «La extraordinaria variedad de los seres vivos» ¿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

15. ¿Qué es la Vida? • • Unidad fundamental de organización y funcionamiento -> La célula • • Necesita información biológica • – Es una información estructural • – Para su organización, funcionamiento y replicación • • Genes (secuencia de bases) --> proteínas --> funciones • • La vida no es estática: se adapta y evoluciona • – Todas las formas de vida tienen un origen común

16. Características de los seres vivos • Seres vivos: nacen, crecen, se reproducen y mueren. Además intercambian materia, energía e información con el medio que les rodea. • Un ser vivo procede de otro ser vivo, no puede haber vida a partir de materia inanimada. ¿Qué es la vida? Una propiedad que no se puede definir ni medir. Algunas de sus manifestaciones pueden ser medidas, otras solo observadas. • Objeto de estudio de la Bioquímica:manifestaciones de la vida que se pueden medir.

17. Niveles de organización de la materia: desde átomos hasta órganos y sistemas. Sistema (aparato digestivo) Órgano (hígado) Tejido (Tejido hepático) Célula (hepatocito) Organización Jerárquica de Organismos Multicelulares Orgánulo (núcleo) Molécula (DNA) Átomo (carbono)

18. BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOS y BIOMOLÉCULAS Tabla periódica Atomos y partículas subatómicas, propiedades, electronegatividad, valencia, uniones químicas, moléculas, grupos funcionales … Elementos y Bioelementos Isótopos

19. Núcleo 10.000 veces menor que el átomo, c/ casi toda su masa. Partículas c/ Cargas + = Protones y neutras = Neutrones Los electrones se ubican fuera en una nube alrededor del núcleo Átomos c/ partículas subatómicas protones, neutrones y electrones

20. ZX número atómico = número de protones número de masa atómica = número de protones + neutrones El número de electrones en un átomo neutro = al número atómico A 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.

22. PROPIEDADES

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

24. Composición de los seres vivos • Solamente unos 30 elementos químicos de los más de 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.

25. Varios átomos (iguales o distintos) unidos forman moléculas (porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas). Simples: moléculas con átomos iguales entre sí (O2). Compuestos: formados por átomos distintos (H2O).

26. CLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOS 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.

27. BIOELEMENTOS Elementos traza (menos de 0,01%): B, Co, Cu, F, I, Fe, Mn, Mo, Se, Si, Sn, V, Zn

29. Átomos (O, H, N, C, S, P) Moléculas (O2, H2O, CO2, CH4, C6H12O6) Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDA

30. El análisis químico de la materia viva revela que está formada por una serie de elementos y compuestos químicos; que 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,N,S,P) Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

31. Componentes moleculares de una célula de E. coli

32. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL TEJIDO OSEO Y MUSCULAR (% del PC) CompuestoMúsculo Hueso AGUA 75 22 GLÚCIDOS 1 Escaso LÍPIDOS 3 Escaso PROTEÍNAS 18 30 OTRAS SUST.ORGÁNICAS 1 Escaso OTRAS SUST.INORGÁNICAS 1 45

33. Biomoléculas inorgánicas: *El agua «Sinagua 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

35. 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.

36. ¿Qué moléculas conocen?

37. El Carbono • Escaso en la corteza terrestre (0.027%). Se encuentra puro (grafito, diamante) y combinado formando sales (carbonatos). • Por su presencia en los seres vivos, hace 150 años, a sus compuestos se los denominó orgánicos. • Se enlaza fácil c/otros átomos pequeños por enlaces sencillos, dobles y triples. • El CO2 es un componente 2rio.de la atmósfera. Contribuye al llamado efecto invernadero, pero también es la fuente de Cpara todas las moléculas orgánicasde los seres vivos. • El CO es un gas tóxico porque interfiere en la capacidad de la hemoglobina de unirse al oxígeno.

38. Biomoléculas Orgánicas •– Derivados de hidrocarburos • Combinaciones de C (principal), H, O, N, P y S. – Forman enlaces covalentes estables H3C-CH3 – Importancia del carbono: =C= | • Puede participar hasta en 4 enlaces covalentes –C-fuertes(complejidad y estabilidad estructural) | • Permite formar cadenas largas lineales o ramificadas

39. Biomoléculas Orgánicas • 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. • Hidroxilo • Carbonilo • Carboxilo • Amino • Sulfhidrilo • Fosfato

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

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

43. Isómeros estructurales (cadena, posición, función) CnH2n+2  C5H12 Estructura tridimensional Estereoquímica: distribución de los átomos de una molécula en el espacio tridimensional. Estereoisómeros: Isomería Óptica: diferentes modos de ordenarse de los 4 sustituyentes diferentes de un C (C asimétrico). Solamente uno es biológicamente activo. Enantiómeros Isómerosgeométricos Isomería Geométrica: Configuración molecular Relación espacial entre los grupos sustituyentes de un C. Viene definida por la presencia de dobles enlaces o centros quirales. La única manera de cambiar la configuración es mediante la rotura de enlaces covalentes.

44. Las estructuras de las biomoléculas estándefinidas por su configuración y conformación La estructura tridimensional de las biomoléculas es clave para sus interacciones biológicas. Ejemplo: uniones enzima-sustrato y hormona Receptor (Cristalografía de rayos X).

45. JERARQUÍA BIOLÓGICA EN BIOQUÍMICA

47. Proteínas Hormonas peptídicas Neurotransmisores Alcaloides tóxicos Aminoácidos Ácidos nucleicos ATP Coenzimas Neurotransmisores Adenina Lípidos de membrana Grasas Ceras Acido Palmítico Celulosa Almidón Fructosa Manosa Sacarosa Lactosa Glucosa

48. Jerarquía de la organización molecular de las células

49. Jerarquía en la Estructura Celular