Bioquímica: Moléculas y Metabolismo Celular

Introducción a la Bioquímica

• Bioquímica: Ciencia que usa herramientas básicas para entender procesos biológicos de crecimiento y desarrollo en organismos vivos.
• Se relaciona con fisiología, microbiología, inmunología, genética, evolución, botánica, entre otras.

Partes de la Bioquímica

• Estática: Estudia las sustancias que componen la materia viva.
• Dinámica: Abarca todas las transformaciones de cadenas de reacciones, tanto de síntesis como de degradación.
• Todas las reacciones bioquímicas son catalizadas (aceleradas) por sustancias de naturaleza proteica, como las enzimas, y dependen de la temperatura, presión y pH.

Composición Química de los Organismos

• Célula: Componente básico de todos los seres vivos.
• Las funciones de la célula son brindar estructura, absorber nutrientes, convertir nutrientes en energía y realizar funciones especializadas.

Componentes Químicos de la Célula

• Agua (75-85%):
  • Forma libre actúa como medio líquido de transporte en la célula.
  • Forma combinada unida a las proteínas.
  • Funciones del agua es el mantenimiento y forma estructural de la célula, ser disolvente, transportar metabolitos y participar en reacciones metabólicas (hidrólisis).
• Sales e iones minerales: Su proporción varía en los diferentes tipos de células.
• Microelementos como Fe, Cu, Mn, Zn estan presentes en pequeñas cantidades
• Macroelementos como Cl, Na, K, P, y Mg estan en gran proporción
• Los minerales contribuyen al equilibrio ácido-base, son estructurales y participan en mecanismos para obtener energía.
• Proteínas: Son las moléculas más abundantes en el interior de la célula (50% del peso seco) y tienen elevado peso molecular.
  • Están formadas por hidrólisis en aminoácidos de bajo peso molecular.
  • Las proteínas pueden ser simples (hidrólisis solo produce aminoácidos) o conjugadas (hidrólisis produce otros compuestos como lipoproteínas, glucoproteínas o metaloproteínas).
  • Las funciones de las proteínas incluyen ser estructurales, biocatalizadoras, transportar sustancias, tener función protectora y regular procesos (hormonas).
• Lípidos: Son sustancias heterogéneas.
  • Los lípidos pueden ser simples (grasas neutras formadas por la unión de glicerina y ácidos grasos) o complejos (esteroides).
  • Sus funciones son ser estructurales (membranas), proporcionar energía, ser reserva y proteger tejidos.
• Ácidos nucleicos: Son de gran importancia en la célula.
  • Codifican y transmiten la información genética.
  • Están compuestos por azúcares de tipo pentosas, bases orgánicas heterocíclicas (púricas y pirimídicas).
  • Existen dos clases principales: desoxirribonucleico (ADN=) y ribonucleico (ARN).
• El ADN se sintetiza en el núcleo y codifica la información genética
• El ARN se sintetiza por el ADN en el citoplasma a partir de información genética, de donde resulta el ARN mensajero, de transferencia y ribosómico.
• El ADN sintetiza proteinas
• Carbohidratos: Son abundantes y de gran importancia celular.
  • Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas con fórmula (CH2O)n.
  • Se clasifican segun el número de monómeros, como:
    • Monosacáridos
    • Oligosacáridos
    • Polisacáridos
  • Las funciones estan relacionadas a dar:
    • Energía
    • Estructural
    • Servir de reserva como polímeros (glucógeno en animales y almidón en plantas).

Biomoléculas

• Moléculas que juegan un papel importante en la formación de estructuras biológicas.
• Participan en funciones de transporte, estructurales, metabólicas son intermediarios, biocatalizadores y nutrientes energéticos.

Metabolismo

• Forma de desarrollo de los sistemas biológicos.
• Implica cambios y transformaciones celulares.
• Funciones incluyen intercambio de componentes y energía con el entorno, autoconservación y autorreproducción.
• Tiene como objetivo obtener energía química del entorno y formar o degradar biomoléculas.
• Catabolismo: Reacciones exergónicas que liberan energía en la degradación los nutrientes que se acumulan en forma de ATP
• Anfibolismo: Metabolismo intermediario donde el conjunto de reacciones generan ácidos orgánicos y aminoácidos.
• Anabolismo: Metabolismo biosintético endergónico donde se genera la síntesis de macromoléculas y rxns que consumen energía.

Secuencias Metabólicas

• También conocido como rutas metabólicas.
• Comprende un conjunto de reacciones donde el producto final es el compuesto inicial de la siguiente.
• Estas reacciones son catalizadas por enzimas específicas.
• Rutas lineales son donde el sustrato de la primera reacción es diferente al producto final de la última reacción.
• Rutas cíclicas son donde el producto de la última reacción es el sustrato de la primera reacción.

¿Qué es un Átomo?

• Es la partícula más pequeña en que se puede dividir un elemento sin perder sus propiedades químicas.
• El origen deriva del griego y significa "indivisible", aunque hoy se sabe que está formado por partículas aún más pequeñas.

Modelos Atómicos

• Demócrito (460-360 a.C): Planteó que la materia estaba compuesta por diminutos cuerpos indivisibles.
• Dalton (1808): Representó el átomo como una esfera compacta, indivisible e indestructible.
• En 1808 propuso que los átomos eran similares a esferas lisas que no se podían dividir en partes más pequeñas.
• Thomson (1897): El átomo es una esfera de materia difusa con carga positiva, con electrones incrustados, simil a un budín de pasas.
• Joseph Thomson planteó en 1904 que el átomo era una esfera con carga positiva uniforme y cargas negativas insertadas, para explicar la neutralidad eléctrica de la materia.
• Rutherford: Planteó que el átomo está formado por dos regiones: núcleo (partículas positivas) y corteza (partículas negativas girando).
• En 1910, Ernest Rutherford propuso que el átomo está formado por el núcleo, que aloja a las partículas positivas, y la corteza, donde se encuentran las partículas negativas girando alrededor del núcleo.
• La mayor parte del atomo es un espacio vacio, pero en el centro está el núcleo que concentra la masa y donde están los protones
• Bohr: Propuso que las partículas negativas del átomo se ubican y giran en regiones fuera del núcleo llamadas órbitas. Cada órbita presenta un nivel de energía específico, siendo el de menor energía el que está más cerca del núcleo.
• Modelo atómico actual: Desarrollado en la década de 1920 por Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger.
• Las partículas negativas giran alrededor del núcleo en zonas de probabilidad llamadas orbitales.

El átomo

• El átomo contiene: - Protones: Ubicados en el núcleo, tienen carga positiva, con una masa de 1.6726 * 10^-27 y una carga de +1.6 * 10^-19 C - Neutrones: Ubicados en el núcleo sin carga eléctrica, con una masa de 1.675 * 10^-27. - Electrones: Ubicados alrededor del núcleo, tienen carga negativa con una masa de 9.109 * 10^-31 y una carga de -1.6 * 10^-19 C.
• El átomo está compuesto por tres subpartículas.
• Protones con carga positiva
• Neutrones sin carga eléctrica
• Electrones con carga negativa.
• Se divide en dos partes:
• El núcleo está formado por neutrones y protones.
• La corteza está formada únicamente por electrones.
• Un neutrón forma parte del átomo junto con el protón y el electrón, y no tienen carga eléctrica neta.
• Un protón con carga eléctrica positiva se encuentra dentro del núcleo atómico. El numero atómico de un elemento se determina con el numero de portones.
• Un electrón con carga elemental estable cargada negativamente junto con un proton, forma el átomo.

Propiedades y Características del Átomo

• Los átomos son las unidades básicas de la química.
• En una reaccion química se conservan, no se destruyen, se organizan creando diferentes enlaces
• Los átomos al agruparse forman moléculas y otros tipos de materiales.
• Los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica se diferencian por su composición.
• Número Atómico:
• Indica la cantidad de protones en el núcleo.
• Todos los átomos con el mismo número de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas.
• Número Másico:
• Se representa con la letra A.
• Hace referencia a la suma de protones y neutrones contenidos por el elemento.
• Isotopos son dos átomos con mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.
• Los isótopos de un mismo elemento tienen propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí.

Elemento, Molécula y Compuesto

• Elemento: Sustancia que no puede ser separada en sustancias más simples por medios químicos, formada por una sola clase de átomos.
• Molécula: Formada por la unión de átomos (iguales o distintos) que conserva sus propiedades químicas.
• Compuesto: Sustancia formada de moléculas químicamente unidas en proporciones fijas.
• Diatómica es una molécula formada solo por dos átomos iguales
• Poliatómica es una molécula formada por mas de dos átomos

Energía Eléctrica

• Los electrones de los átomos se mueven de forma individual de un átomo a otro en dirección del polo negativo al polo positivo del conductor eléctrico.
• Adicionalmente, existen electrones que forman haces en el vacío o se trasladan de forma independiente por la materia.

Materia

• Definición: Es todo aquello que ocupa un lugar en el universo, con una cantidad determinada de energía, sujeto a cambios y con inercia resistencia.
• Tipos de materia:
• Viviente: compone el cuerpo de los seres vivos.
• Inanimada: compone los objetos inertes, sin vida.
• Orgánica: constituida átomos de carbono e hidrogeno, vinculada con la vida.
• Inorgánica: no es orgánica, es decir, en estado libre en la naturaleza y no necesariamente tiene que ver con los seres vivientes.
• Simple: compuesta por pocos tipos de átomos, cercana a la pureza.
• Compuesta: posee numerosos elementos de diverso tipo, alcanza niveles mayores de complejidad
• Composición: Formada por partículas invisibles, indivisibles y estables.
  • Se llaman átomos y son distintos según el elemento al que pertenezcan.
  • Su forma o constitución sino en la cantidad o distribución de partículas subatómicas: electrones (carga negativa), protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra).
• Propiedades de la materia: Su naturaleza es diversa, y se puede organizar segun perspectiva:
  • Físicas: Dependen de la sustancio y se puede manifestar en su apariencia, olor, textura, resistencia, etc.
  • Químicas: es como una sustancioa reacciona cono otras sustancion, y es dependiente de la configuración atómica.
  • Físico-químicas: perspectiva que combina las dos anteriores
  • Generales: Aquellas propiedades compartidas por toda la materia (peso y masa)
  • Específicas: Aquellas propiedades únicas de cada tipo de materia (ebullición y densidad)
• Estados de la materia:
• Sólido (congelación)
• Líquido (condensación)
• Gaseoso (desionización)
• Plasma (fusión, vaporización, ionización)
• Principales Características:
• Masa: Cantidad total de materia en un cuerpo, medida en kilogramos (SI).
• Peso: Medida de la fuerza de gravedad sobre un cuerpo, medida en Newtons (SI).
• Volumen: Espacio que ocupa un cuerpo, medido en metros cúbicos (SI).
  • Densidad: Relación entre masa y volumen (kg/m³).
  • Temperatura: Medida de calor percibida en un cuerpo (Celsius, Kelvin o Fahrenheit).
• Características de la materia sólida:
  • Dureza: Resistencia a la penetración.
  • Maleabilidad: Capacidad de deformarse sin romperse.
  • Ductilidad: Capacidad de formar hilos.
  • Punto de fusión: Temperatura a la que un sólido se vuelve líquido.
• Características de la materia líquida:
  • Compresibilidad: Capacidad de comprimirse.
  • Viscosidad: Resistencia al movimiento lineal.
  • Punto de congelación: Temperatura a la que un líquido se solidifica.
  • Punto de ebullición: Temperatura a la que un líquido se evapora.
• Características de la materia gaseosa:
  • Compresibilidad: Mayor que la de los líquidos.
  • Presión: Fuerza ejercida sobre todo lo que contiene.
  • Licuefacción: Proceso de convertir un gas en líquido mediante presión.
  • Condensación: Proceso de convertir un gas en líquido retirando energía calórica.
• Características de la materia plasmática:
  • Fluido semejante al gaseoso, con partículas cargadas eléctricamente.
  • No tiene forma ni volumen definido.
• Niveles de organización de la materia:
  • Subatómico: electrones, protones, neutrones.
  • Atómico: átomos y elementos.
  • Molecular: átomos enlazados en estructuras químicas.
  • Celular: aparición de la célula como unidad mínima de la materia viviente.
  • De órgano: tejidos constituyen órganos.
  • De sistema: órganos operan de manera conjunta y recíproca
  • De organismo: conjunto de sistemas y aparatos
  • De población: organismos vivos se juntan para protegerse y reproducirse
  • De ecosistema: poblaciones que comparten un mismo hábitat ejercen relaciones recíprocas y conforman ecosistema.
  • De bioma: ecosistemas comparten una misma región geográfica, sujetos a las mismas fuerzas naturales,
  • De biósfera: totalidad de los biomas del planeta conforman la perspectiva total de la vida en la tierra

Este cuestionario explora los fundamentos de la bioquímica, incluyendo ácidos nucleicos, metabolismo celular y funciones de las biomoléculas. Evalúa la comprensión de las reacciones bioquímicas y la estructura celular. Examina la relación entre diferentes ramas del conocimiento y la bioquímica.