Tema 1 : Bioquímica y características de la materia viva

Composición química de la materia viva

• La bioquímica es la ciencia que estudia la base molecular de la vida.
• Objetivos: conocer las moléculas de los seres vivos (biomoléculas), su estructura, interacción y cómo se llevan a cabo los procesos para generar, mantener y perpetuar la vida.

Características de los seres vivos

• Complejidad química y organización microscópica: cada estructura tiene sus propias subunidades, su conformación tridimensional e interactúa con moléculas específicas.
• Sistemas de extracción, transformación y utilización de energía: permiten construir y mantener estructuras complejas y realizar trabajo mecánico, químico, osmótico y eléctrico.
• Auto replicació y autoensamblaje: la bioquímica busca entender la lógica de la vida.

La célula

• Todas las células están formadas por células.
• Eucariotas: células con envolturas nucleares.
• Procariotas: células sin envolturas nucleares.
• Citosol: se organiza con el citoesqueleto (filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos).

Bioelementos

• Los seres vivos están formados por 30 elementos químicos, principalmente: H, O, N y C (S y P).
• Bioelementos primarios: C, H, O, N. Constituyen el 99% de la masa de los organismos.
• Bioelementos secundarios: P, S, Ca, Cl, Mg, Na y K. Presentes en menor cantidad.
• Oligoelementos: presentes en muy poca cantidad, pero indispensables para la vida (Co, Cu, Fe, Mn, Zn). Son cofactores de enzimas.
• Elementos traza: presentes en cantidades aún menores y en algunos organismos (Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W, V).

Química del C

• La química de la vida está organizada alrededor del Carbono.
• El C tiene gran capacidad de formar compuestos distintos.
• Hidrógeno: componente básico de la mayoría de las moléculas orgánicas y de la biomolécula más abundante, el H2O.
• Oxígeno: componente de varias moléculas biológicas, forma parte del H2O e interviene en las reacciones de oxidación que proporcionan energía a los organismos aerobios.
• Nitrógeno: componente fundamental de los aminoácidos (constituyen las proteínas) y de las bases que forman los ácidos nucleicos.
• Los átomos se unen con enlaces covalentes para formar moléculas.
• La mayoría de las biomoléculas orgánicas son hidrocarburos polifuncionales.
• Grupos funcionales: otorgan propiedades químicas específicas a la molécula.
• La versatilidad de los enlaces del C lo convierte en la base de la vida.

Polímeros y Macromoléculas

• Las moléculas orgánicas se polimerizan para formar estructuras más complejas: polímeros biológicos o macromoléculas.
• Macromoléculas: Ácidos Nucleicos, Proteínas, Polisacáridos.
• Lípidos: no se consideran macromoléculas, pero forman estructuras complejas como la membrana celular.
• Ácidos nucleicos: 8 nucleótidos, almacenan la información genética.
• Proteínas: 20 aminoácidos, forman la estructura celular y actúan como enzimas.
• Lípidos: formados por ácidos grasos, lípidos de membrana y reserva energética.
• Glúcidos: formados por monosacàrids, funcionan como material energético y estructural.

Enlaces

• Enlace covalente: une los átomos que forman parte de las biomoléculas.
• Enlaces covalentes no polares: se reparten uniformemente entre átomos con electronegatividad similar.
• Enlaces covalentes polares: entre átomos con diferente electronegatividad (el átomo más electronegativo atrae con mayor fuerza los electrones).
• Enlaces débiles: acciones no covalentes que estabilizan las estructuras moleculares e intervienen en las reacciones específicas entre las moléculas (ej.: puentes de hidrógeno, enlaces iónicos, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas).
• Puentes de hidrógeno: asociación débil entre un átomo electronegativo y un átomo de H unido a otro átomo.
• Enlace iónico: entre moléculas orgánicas que presentan grupos con diferente carga iónica en su superficie.
• Fuerzas de Van der Waals: fuerza de atracción entre dos moléculas al acercarse, debido a fluctuaciones momentáneas de la distribución de los electrones.
• Interacción hidrofóbica: enlace débil generado por moléculas hidrófobas en un medio acuoso.

Estructura tridimensional de las moléculas

• Estereoisómeros: moléculas que tienen los mismos enlaces químicos pero una estereoquímica o configuración espacial de los átomos diferente.
• Isómeros geométricos o isómeros cis-trans: se dan cuando hay dobles enlaces entre los C que permiten dos conformaciones: cis (mismo lado) y trans (lado opuesto).
• Isomería óptica: un átomo de C con 4 sustituyentes diferentes se denomina centro quiral.
• Enantiómeros: dos posibles conformaciones que desvían la luz polarizada en direcciones diferentes. Son imagen especular una de la otra.
• Diastereómeros: todos los estereoisómeros que no son imagen especular y pueden tener propiedades químicas y físicas diferentes.
• Estereoespecificidad: las interacciones biológicas entre moléculas son estereoespecíficas (forma tridimensional importante para la interacción).

Fonaments físicos

• Las células y los procesos de los seres vivos se encuentran en un estado estacionario u homeostasis: no se encuentra en equilibrio.
• Sistema: conjunto de moléculas comprendidas en un espacio definido. El sistema y el entorno forman el universo.
• Tipos de sistemas: cerrado, abierto y aislado.
• Síntesis de macromoléculas: requiere energía. Los organismos sintetizan macromoléculas disminuyendo la entalpia del sistema.
• Energía libre: energía que se requiere para generar un cambio en el sistema.
• Energía libre de Gibbs (G) determina la variación de energía de una reacción. G depende de la entalpia (H), la temperatura del sistema y la entropía (S).
• Reacciones endergónicas: reacciones que requieren energía libre (ΔG0 positivo).
• Reacciones exergónicas: reacciones que liberan energía libre (ΔG0 negativo).
• Acoplamiento de reacciones: energía liberada por reacciones exergónicas se utiliza para llevar a cabo reacciones endergónicas.

Constante de equilibrio y Energía libre estándar de Gibbs

• Constante de equilibrio (Keq): medida de la tendencia de una reacción química a alcanzar el equilibrio.
• Keq elevado: la mayoría de los reactivos han pasado a producto.
• Keq pequeño: la mayoría de los reactivos no han pasado a producto.
• Energía libre estándar de Gibbs (ΔG0): calcula la variación de energía de una reacción cuando se encuentra en condiciones estándar.

Enzimas

• La mayoría de las reacciones ocurren a velocidades muy lentas.
• Enzimas: catalizan las reacciones químicas de los organismos para que ocurran a velocidades compatibles con la vida.
• Función de los enzimas: disminuir la energía de activación de las reacciones.
• Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que ocurren en un ser vivo.
• Catabolismo: reacciones exergónicas que liberan energía.
• Anabolismo: reacciones endergónicas que requieren energía.

Fonaments Genètics

• Los organismos tienen la capacidad de reproducirse de forma casi idéntica.
• El ADN: es la molécula que contiene la información para generar un determinado organismo.

Fonaments Evolutius

• Mutagénesis: variación en la secuencia de ADN producida por errores en la replicación o por agentes mutágenos.
• Adaptación: las mutaciones (la mayoría neutras) dan origen a nuevos variantes de proteínas que permiten la adaptación de los organismos al entorno.

Origen de la vida

• Teoría de la sopa primordial: atmósfera de la Tierra primitiva rica en metano y amoníaco, agua a alta temperatura debido a erupciones volcánicas, frecuentes tormentas con descargas eléctricas.

Evolucion de la celula

• Células eucariotas: se originan a partir de la invaginación de la membrana de células procariotas ancestrales.
• Endosimbiosis: proceso por el cual un organismo vive dentro de otro. Las mitocondrias y cloroplastos se originan a partir de la endosimbiosis.

El agua

• Importancia del agua: la vida en la Tierra surgió en el medio acuático.
• El agua es el componente mayoritario de los seres vivos (65-95%).
• Las fuerzas de atracción y la débil tendencia a ionizarse son importantes para la función y estructura de las biomoléculas.
• El agua participa activamente en las reacciones químicas.
• Molécula polar: los electrones son atraídos al núcleo del átomo de oxígeno (más positivo), creando una zona con carga positiva y otra con carga negativa.
• Puentes de hidrógeno: se forman entre las moléculas de agua debido a la polaridad.
• pH: medida de la concentración de [H+] en una disolución acuosa.
• Ácido: [H+] > [OH-], pH < 7
• Neutro: [H+] = [OH-], pH = 7
• Básico: [H+] < [OH-], pH > 7

Estado físico del agua

• Sólida (gel): con temperatura < 0ºC.
• Líquida: con temperatura > 0 ºC y < 100 ºC.
• Gaseosa (vapor de agua): con temperatura > de 100 ºC.

Organización del agua

• Sólida: molèculas d'aigua en una red tridimensional ordenada que ocupa mayor espacio, mantenida por 4 PH entre las moléculas de agua.
• Líquida: las molècules forman y rompen PH de manera continua.
• Gaseosa: los puentes de hidrógeno se forman y rompen muy rápidamente.

Agua como disolvente

• El agua es un disolvente polar.
• Hidrofílicos (polares): solubles en agua. Ej: azúcar y sal.
• Hidrofóbicos (apolares): insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos. Ej: ceras y lípidos.
• Amfipáticos: solubles en agua y en disolventes orgánicos. Ej: ácidos grasos y fosfolípidos.

Osmòsi

• Òsmosi: difusión pasiva de agua a través de una membrana semipermeable, desde la solución menos concentrada a la más concentrada.
• Presión osmòtica: presión necesaria para contrarrestar el flujo de agua.
• Sol. isotónicas: igual concentración o osmolaridad.
• Sol. hipertonicas: concentración mayor que la del citosol
• Sol. hipotónicas: concentración menor que la del citosol.

Osmòsi en los organismos

• Las células: concentración más alta que el medio que las rodea.
• Protozoos: vaquola contráctil que bombea agua hacia el exterior.
• Células vegetales: pared celular, presión de turgor.
• Fluidos intersticiales: misma osmolaridad que el citoplasma.
• Proteínas: ayudan a mantener la osmolaridad.
• Polisacàrids: almacenamiento de moléculas sin afectar la osmolaridad.

Composición química de la materia viva

• La bioquímica estudia la base molecular de la vida, centrándose en las biomoléculas, su estructura, interacción y cómo se llevan a cabo los procesos vitales.

Características de los seres vivos

• Los seres vivos son sistemas complejos con una organización microscópica precisa.
• Cada estructura tiene subunidades, una conformación tridimensional única e interactúa con moléculas específicas.
• Poseen sistemas de extracción, transformación y utilización de energía para construir y mantener estructuras complejas, así como para realizar trabajo mecánico, químico, osmótico y eléctrico.
• Tienen la capacidad de auto replicarse y autoensamblarse.

La célula

• La célula es la unidad básica de los seres vivos.
• Existen dos tipos: eucariotas (con envoltura nuclear) y procariotas (sin envoltura nuclear).
• El citosol se organiza con el citoesqueleto, formado por filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos.

Bioelementos

• Los seres vivos están formados por 30 elementos químicos, siendo los más importantes: H, O, N y C.
• Los bioelementos primarios (C, H, O, N) representan el 99% de la masa de los organismos.
• Los bioelementos secundarios (P, S, Ca, Cl, Mg, Na y K) se encuentran en menor cantidad.
• Los oligoelementos (Co, Cu, Fe, Mn, Zn) son esenciales para la vida, aunque se encuentren en muy pequeña cantidad. Actúan como cofactores de enzimas.
• Los elementos traza (Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W, V) se encuentran en cantidades aún menores, y su presencia varía según el organismo.

Química del C

• La química de la vida se basa en el Carbono, el cual tiene una gran capacidad para formar compuestos distintos.
• El Hidrógeno es un componente básico de las moléculas orgánicas y de la biomolécula más abundante, el H2O.
• El Oxígeno forma parte de varias moléculas biológicas, del H2O e interviene en las reacciones de oxidación que proporcionan energía a los organismos aerobios.
• El Nitrógeno es fundamental para los aminoácidos (constituyentes de las proteínas) y para las bases de los ácidos nucleicos.
• Los átomos se unen mediante enlaces covalentes para formar moléculas.
• La mayoría de las biomoléculas orgánicas son hidrocarburos polifuncionales con grupos funcionales que otorgan propiedades químicas específicas.

Polímeros y Macromoléculas

• Las moléculas orgánicas se polimerizan para formar estructuras más complejas: polímeros biológicos o macromoléculas.
• Entre las macromoléculas encontramos los ácidos nucleicos, las proteínas y los polisacáridos.
• Los lípidos no se consideran macromoléculas, pero forman estructuras complejas como la membrana celular.

Ácidos nucleicos

• Están formados por ocho nucleótidos y almacenan la información genética.

Proteínas

• Se componen de 20 aminoácidos y forman la estructura celular, actuando como enzimas.

Lípidos

• Están formados por ácidos grasos y desempeñan funciones de membrana y reserva energética.

Glúcidos

• Se componen de monosacáridos y se utilizan como material energético y estructural.

Enlaces

• Enlace covalente: une los átomos que forman parte de las biomoléculas.
• Enlaces covalentes no polares: se reparten uniformemente entre átomos con electronegatividad similar.
• Enlaces covalentes polares: se dan entre átomos con diferente electronegatividad, donde el átomo más electronegativo atrae con mayor fuerza los electrones.
• Enlaces débiles: son acciones no covalentes que estabilizan las estructuras moleculares e intervienen en las reacciones específicas entre moléculas (ej.: puentes de hidrógeno, enlaces iónicos, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas).
• Puentes de hidrógeno: asociación débil entre un átomo electronegativo y un átomo de H unido a otro átomo.
• Enlace iónico: se establece entre moléculas orgánicas con grupos con diferente carga iónica en su superficie.
• Fuerzas de Van der Waals: fuerza de atracción entre dos moléculas al acercarse, debido a fluctuaciones momentáneas en la distribución de los electrones.
• Interacción hidrofóbica: enlace débil generado por moléculas hidrófobas en un medio acuoso.

Estructura tridimensional de las moléculas

• Estereoisómeros: moléculas con los mismos enlaces químicos pero diferente estereoquímica o configuración espacial.
• Isómeros geométricos o isómeros cis-trans: se dan cuando hay dobles enlaces entre los C, permitiendo dos conformaciones: cis (mismo lado) y trans (lado opuesto).
• Isomería óptica: un átomo de C con 4 sustituyentes diferentes se considera un centro quiral.
• Enantiómeros: dos posibles conformaciones que desvían la luz polarizada en diferentes direcciones. Son imagen especular la una de la otra.
• Diastereómeros: todos los estereoisómeros que no son imagen especular y pueden tener propiedades químicas y físicas diferentes.
• Estereoespecificidad: las interacciones biológicas entre moléculas son estereoespecíficas, es decir, la forma tridimensional es crucial para la interacción.

Fundamentos físicos

• Las células y los procesos de los seres vivos se encuentran en un estado estacionario u homeostasis: no se encuentran en equilibrio.
• Un sistema es un conjunto de moléculas comprendidas en un espacio definido.
• El sistema y el entorno forman el universo.
• Tipos de sistemas: cerrado, abierto y aislado.
• La síntesis de macromoléculas requiere energía.
• Los organismos sintetizan macromoléculas disminuyendo la entalpia del sistema.
• Energía libre: energía que se requiere para generar un cambio en el sistema.
• Energía libre de Gibbs (G): determina la variación de energía de una reacción. G depende de la entalpia (H), la temperatura del sistema y la entropía (S).
• Reacciones endergónicas: reacciones que requieren energía libre (ΔG0 positivo).
• Reacciones exergónicas: reacciones que liberan energía libre (ΔG0 negativo).
• Acoplamiento de reacciones: energía liberada por reacciones exergónicas se utilizada para llevar a cabo reacciones endergónicas.

Constante de equilibrio y Energía libre estándar de Gibbs

• Constante de equilibrio (Keq): medida de la tendencia de una reacción química a alcanzar el equilibrio.
• Keq elevado: la mayoría de los reactivos han pasado a producto.
• Keq pequeño: la mayoría de los reactivos no han pasado a producto.
• Energía libre estándar de Gibbs (ΔG0): calcula la variación de energía de una reacción cuando se encuentra en condiciones estándar.

Enzimas

• La mayoría de las reacciones ocurren a velocidades muy lentas.
• Enzimas: catalizan las reacciones químicas de los organismos para que ocurran a velocidades compatibles con la vida.
• Función de los enzimas: disminuir la energía de activación de las reacciones.
• Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que ocurren en un ser vivo.
• Catabolismo: reacciones exergónicas que liberan energía.
• Anabolismo: reacciones endergónicas que requieren energía.

Fundamentos genéticos

• Los organismos tienen la capacidad de reproducirse de forma casi idéntica.
• ADN: es la molécula que contiene la información para generar un determinado organismo.

Fundamentos evolutivos

• Mutagénesis: variación en la secuencia de ADN producida por errores en la replicación o por agentes mutágenos.
• Adaptación: las mutaciones (la mayoría neutras) dan origen a nuevas variantes de proteínas que permiten la adaptación de los organismos al entorno.

Origen de la vida

• Teoría de la sopa primordial: atmósfera de la Tierra primitiva rica en metano y amoníaco, agua a alta temperatura debido a erupciones volcánicas, frecuentes tormentas con descargas eléctricas.

Evolución de la célula

• Células eucariotas: se originan a partir de la invaginación de la membrana de células procariotas ancestrales.
• Endosimbiosis: proceso por el cual un organismo vive dentro de otro.
• Las mitocondrias y cloroplastos se originan a partir de la endosimbiosis.

El agua

• Importancia del agua: la vida en la Tierra surgió en el medio acuático.
• El agua es el componente mayoritario de los seres vivos (65-95%).
• Las fuerzas de atracción y la débil tendencia a ionizarse son importantes para la función y estructura de las biomoléculas.
• El agua participa activamente en las reacciones químicas.
• Molécula polar: los electrones son atraídos al núcleo del átomo de oxígeno (más positivo), creando una zona con carga positiva y otra con carga negativa.
• Puentes de hidrógeno: se forman entre las moléculas de agua debido a la polaridad.
• pH: medida de la concentración de [H+] en una disolución acuosa.
• Ácido: [H+] > [OH-], pH < 7
• Neutro: [H+] = [OH-], pH = 7
• Básico: [H+] < [OH-], pH > 7

Estado físico del agua

• Sólida (gel): con temperatura < 0ºC.
• Líquida: con temperatura > 0 ºC y < 100 ºC.
• Gaseosa (vapor de agua): con temperatura > 100 ºC.

Organización del agua

• Sólida: moléculas de agua en una red tridimensional ordenada que ocupa mayor espacio, mantenida por 4 puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua.
• Líquida: las moléculas forman y rompen puentes de hidrógeno de manera continua.
• Gaseosa: los puentes de hidrógeno se forman y rompen muy rápidamente.

Agua como disolvente

• El agua es un disolvente polar.
• Hidrofílicos (polares): solubles en agua. Ej: azúcar y sal.
• Hidrofóbicos (apolares): insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos. Ej: ceras y lípidos.
• Amfipáticos: solubles en agua y en disolventes orgánicos. Ej: ácidos grasos y fosfolípidos.

Ósmosis

• Ósmosis: difusión pasiva de agua a través de una membrana semipermeable, desde la solución menos concentrada a la más concentrada.
• Presión osmótica: presión necesaria para contrarrestar el flujo de agua.
• Sol. isotónicas: igual concentración o osmolaridad.
• Sol. hipertónicas: concentración mayor que la del citosol.
• Sol. hipotónicas: concentración menor que la del citosol.

Ósmosis en los organismos

• Las células: concentración más alta que el medio que las rodea.
• Protozoos: vacuola contráctil que bombea agua hacia el exterior.
• Células vegetales: pared celular, presión de turgor.
• Fluidos intersticiales: misma osmolaridad que el citoplasma.
• Proteínas: ayudan a mantener la osmolaridad.
• Polisacáridos: almacenamiento de moléculas sin afectar la osmolaridad.

Ionización del agua y escala de pH

• El agua pura se ioniza levemente, formando moléculas con carga, dando lugar a iones hidroxil (OH-) y protones (H+) que pueden interactuar químicamente con otras moléculas.
• H+ (el ion hidronio o protó), aunque su estructura real es H3O+ (protones (H+) hidratados (H3O+)).

Escala de pH

• El pH es una medida de la concentración de [H+] de una disolución acuosa. ([H+] = [OH-] = 1 x 10-7M)
• Las disoluciones acuosas pueden ser neutras, básicas o ácidas.
• El pH del agua pura a 25ºC es neutro ([H+] = [OH-]) ya que se compensan.
• El pH de una disolución se calcula como pH = -log[H+].
• El pOH de una disolución se calcula como pOH = -log[OH-].
• La escala de pH va de 0 a 14. pH + pOH = 14.
• El pH es una medida relativa, no absoluta. Un pH 6 indica diez veces más [H+] que un pH 7.

Resumen de la escala de pH:

• Básico: [H+] < [OH-] pH>7
• Neutro: [H+] = [OH] pH=7
• Ácido: [H+] > [OH-] pH<7

Bioquímica

• La bioquímica es la ciencia que estudia la base molecular de la vida.
• Busca entender la estructura, interacción y procesos que se llevan a cabo en las biomoléculas que generan, mantienen y perpetuan la vida.

Características de los Seres Vivos

• Complejidad química y organización microscópica: cada estructura tiene sus propias subunidades, su conformación tridimensional e interactúa con moléculas específicas.
• Sistemas de extracción, transformación y utilización de energía: permiten construir y mantener estructuras complejas, además de realizar trabajo mecánico, químico, osmótico y eléctrico.
• Auto-replicación y auto-ensamblaje: la bioquímica busca entender la lógica de la vida.

La Célula

• Todas las células están formadas por células.
• Eucariotas: células con envolturas nucleares.
• Procariotas: células sin envolturas nucleares.
• El citosol se organiza con el citoesqueleto: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos.

Bioelementos

• Los seres vivos están formados por 30 elementos químicos, principalmente: H, O, N y C (S y P).
• Bioelementos primarios: C, H, O, N. Constituyen el 99% de la masa de los organismos.
• Bioelementos secundarios: P, S, Ca, Cl, Mg, Na y K. Presentes en menor cantidad.
• Oligoelementos: presentes en muy poca cantidad, pero indispensables para la vida (Co, Cu, Fe, Mn, Zn). Son cofactores de enzimas.
• Elementos traza: presentes en cantidades aún menores y en algunos organismos (Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W, V).

Química del Carbono

• La química de la vida está organizada alrededor del Carbono.
• El Carbono tiene gran capacidad de formar compuestos distintos.
• Hidrógeno: componente básico de la mayoría de las moléculas orgánicas y de la biomolécula más abundante, el H2O.
• Oxígeno: componente de varias moléculas biológicas, forma parte del H2O e interviene en las reacciones de oxidación que proporcionan energía a los organismos aerobios.
• Nitrógeno: componente fundamental de los aminoácidos (constituyen las proteínas) y de las bases que forman los ácidos nucleicos.
• Los átomos se unen con enlaces covalentes para formar moléculas.
• La mayoría de las biomoléculas orgánicas son hidrocarburos polifuncionales.
• Grupos funcionales: otorgan propiedades químicas específicas a la molécula.
• La versatilidad de los enlaces del Carbono lo convierte en la base de la vida.

Polímeros y Macromoléculas

• Las moléculas orgánicas se polimerizan para formar estructuras más complejas: polímeros biológicos o macromoléculas.
• Macromoléculas: Ácidos Nucleicos, Proteínas, Polisacáridos.
• Lípidos: no se consideran macromoléculas, pero forman estructuras complejas como la membrana celular.
• Ácidos nucleicos: 8 nucleótidos, almacenan la información genética.
• Proteínas: 20 aminoácidos, forman la estructura celular y actúan como enzimas.
• Lípidos: formados por ácidos grasos, lípidos de membrana y reserva energética.
• Glúcidos: formados por monosacáridos, funcionan como material energético y estructural.

Enlaces

• Enlace covalente: une los átomos que forman parte de las biomoléculas.
• Enlaces covalentes no polares: se reparten uniformemente entre átomos con electronegatividad similar.
• Enlaces covalentes polares: entre átomos con diferente electronegatividad (el átomo más electronegativo atrae con mayor fuerza los electrones).
• Enlaces débiles: acciones no covalentes que estabilizan las estructuras moleculares e intervienen en las reacciones específicas entre las moléculas (ej.: puentes de hidrógeno, enlaces iónicos, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas).
• Puentes de hidrógeno: asociación débil entre un átomo electronegativo y un átomo de H unido a otro átomo.
• Enlace iónico: entre moléculas orgánicas que presentan grupos con diferente carga iónica en su superficie.
• Fuerzas de Van der Waals: fuerza de atracción entre dos moléculas al acercarse, debido a fluctuaciones momentáneas de la distribución de los electrones.
• Interacción hidrofóbica: enlace débil generado por moléculas hidrófobas en un medio acuoso.

Estructura tridimensional de las moléculas

• Estereoisómeros: moléculas que tienen los mismos enlaces químicos pero una estereoquímica o configuración espacial de los átomos diferente.
• Isómeros geométricos o isómeros cis-trans: se dan cuando hay dobles enlaces entre los C que permiten dos conformaciones: cis (mismo lado) y trans (lado opuesto).
• Isomería óptica: un átomo de C con 4 sustituyentes diferentes se denomina centro quiral.
• Enantiómeros: dos posibles conformaciones que desvían la luz polarizada en direcciones diferentes. Son imagen especular una de la otra.
• Diastereómeros: todos los estereoisómeros que no son imagen especular y pueden tener propiedades químicas y físicas diferentes.
• Estereoespecificidad: las interacciones biológicas entre moléculas son estereoespecíficas (forma tridimensional importante para la interacción).

Fundamentos Físicos

• Las células y los procesos de los seres vivos se encuentran en un estado estacionario u homeostasis: no se encuentra en equilibrio.
• Sistema: conjunto de moléculas comprendidas en un espacio definido.
• El sistema y el entorno forman el universo.
• Tipos de sistemas: cerrado, abierto y aislado.
• Síntesis de macromoléculas: requiere energía. Los organismos sintetizan macromoléculas disminuyendo la entalpia del sistema.
• Energía libre: energía que se requiere para generar un cambio en el sistema.
• Energía libre de Gibbs (G) determina la variación de energía de una reacción. G depende de la entalpia (H), la temperatura del sistema y la entropía (S).
• Reacciones endergónicas: reacciones que requieren energía libre (ΔG0 positivo).
• Reacciones exergónicas: reacciones que liberan energía libre (ΔG0 negativo).
• Acoplamiento de reacciones: energía liberada por reacciones exergónicas se utiliza para llevar a cabo reacciones endergónicas.

Constante de equilibrio y Energía libre estándar de Gibbs

• Constante de equilibrio (Keq): medida de la tendencia de una reacción química a alcanzar el equilibrio.
  • Keq elevado: la mayoría de los reactivos han pasado a producto.
  • Keq pequeño: la mayoría de los reactivos no han pasado a producto.
• Energía libre estándar de Gibbs (ΔG0): calcula la variación de energía de una reacción cuando se encuentra en condiciones estándar.

Enzimas

• La mayoría de las reacciones ocurren a velocidades muy lentas.
• Enzimas: catalizan las reacciones químicas de los organismos para que ocurran a velocidades compatibles con la vida.
• Función de los enzimas: disminuir la energía de activación de las reacciones.
• Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que ocurren en un ser vivo.
• Catabolismo: reacciones exergónicas que liberan energía.
• Anabolismo: reacciones endergónicas que requieren energía.

Fundamentos Genéticos

• Los organismos tienen la capacidad de reproducirse de forma casi idéntica.
• El ADN: es la molécula que contiene la información para generar un determinado organismo.

Fundamentos Evolutivos

• Mutagénesis: variación en la secuencia de ADN producida por errores en la replicación o por agentes mutágenos.
• Adaptación: las mutaciones (la mayoría neutras) dan origen a nuevas variantes de proteínas que permiten la adaptación de los organismos al entorno.

Origen de la Vida

• Teoría de la sopa primordial: atmósfera de la Tierra primitiva rica en metano y amoníaco, agua a alta temperatura debido a erupciones volcánicas, frecuentes tormentas con descargas eléctricas.

Evolución de la Célula

• Células eucariotas: se originan a partir de la invaginación de la membrana de células procariotas ancestrales.
• Endosimbiosis: proceso por el cual un organismo vive dentro de otro. Las mitocondrias y cloroplastos se originan a partir de la endosimbiosis.

El Agua

• Importancia del agua: la vida en la Tierra surgió en el medio acuático.
• El agua es el componente mayoritario de los seres vivos (65-95%).
• Las fuerzas de atracción y la débil tendencia a ionizarse son importantes para la función y estructura de las biomoléculas.
• El agua participa activamente en las reacciones químicas.
• Molécula polar: los electrones son atraídos al núcleo del átomo de oxígeno (más positivo), creando una zona con carga positiva y otra con carga negativa.
• Puentes de hidrógeno: se forman entre las moléculas de agua debido a la polaridad.
• pH: medida de la concentración de [H+] en una disolución acuosa.
  • Ácido: [H+] > [OH-], pH < 7
  • Neutro: [H+] = [OH-], pH = 7
  • Básico: [H+] < [OH-], pH > 7

Estado físico del agua

• Sólida (gel): con temperatura < 0ºC.
• Líquida: con temperatura > 0 ºC y < 100 ºC.
• Gaseosa (vapor de agua): con temperatura > de 100 ºC.

Organización del agua

• Sólida: moléculas de agua en una red tridimensional ordenada que ocupa mayor espacio, mantenida por 4 PH entre las moléculas de agua.
• Líquida: las moléculas forman y rompen PH de manera continua.
• Gaseosa: los puentes de hidrógeno se forman y rompen muy rápidamente.

Agua como disolvente

• El agua es un disolvente polar.
• Hidrofílicos (polares): solubles en agua. Ej: azúcar y sal.
• Hidrofóbicos (apolares): insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos. Ej: ceras y lípidos.
• Amfipáticos: solubles en agua y en disolventes orgánicos. Ej: ácidos grasos y fosfolípidos.

Ósmosis

• Ósmosis: difusión pasiva de agua a través de una membrana semipermeable, desde la solución menos concentrada a la más concentrada.
• Presión osmótica: presión necesaria para contrarrestar el flujo de agua.
• Sol. isotónicas: igual concentración o osmolaridad.
• Sol. hipertónicas: concentración mayor que la del citosol.
• Sol. hipotónicas: concentración menor que la del citosol.

Ósmosis en los organismos

• Las células: concentración más alta que el medio que las rodea.
• Protozoos: vacuola contráctil que bombea agua hacia el exterior.
• Células vegetales: pared celular, presión de turgor.
• Fluidos intersticiales: misma osmolaridad que el citoplasma.
• Proteínas: ayudan a mantener la osmolaridad.
• Polisacáridos: almacenamiento de moléculas sin afectar la osmolaridad.
• Ionización del agua y escala de pH
  • El agua pura se ioniza ligeramente, formando moléculas con carga, dando lugar a iones hidroxil (OH-) y protones (H+) que tienen la capacidad de interactuar químicamente con otras moléculas.
  • H+ (el ion hidronio o protón). La estructura real es H3O+ (hay protones(H+) hidratados (H3O+)).
  • El pH es una medida de la concentración de [H+] de una disolución acuosa.
    • [ H+] = [OH-] = 1 x 10-7M

Escala de pH

• Concepto de pH: Es una medida de la concentración de [H+] de una disolución.
  • Las disoluciones acuosas dependiendo de esta medida pueden ser neutras, básicas o ácidas.
• El pH del agua pura a 25ºC es neutro ya que la
  • [H+] = [OH-] y por tanto se compensa. Es el valor de referencia.
  • Al agua [H+] = [OH-] = 1 x 10-7M
• El pH de una disolución se calcula como pH = -log[H+]
• El pOH de una disolución se calcula como pOH = -log[OH-]
• La escala del pH va de 0 a 14. pH + pOH = 14
• El pH es una medida relativa, no absoluta.
  • Nos dice que en una disolución con pH 6 hay 10 veces más [H+] que con una a pH 7
• • pH = -log[H+]
  • pH + pOH =14
    • Básico [H+] < [OH-] pH>7
    • Neutro [H+] = [OH] pH=7
    • Àcid [H+] > [OH-] pH<7

Bioquímica

• Estudia la base molecular de la vida
• Se centra en las biomoléculas: su estructura, interacción y cómo participan en procesos vitales
• Objetivo: comprender cómo se crea, mantiene y perpetúa la vida a nivel molecular

Características de los seres vivos

• Complejidad química y organización microscópica: Cada estructura tiene subunidades, conformación tridimensional e interacciones específicas.
• Sistemas de extracción, transformación y utilización de energía: Permiten la construcción y mantenimiento de estructuras complejas, y realizan trabajo mecánico, químico, osmótico y eléctrico.
• Auto replicación y autoensamblaje: La bioquímica explora la lógica de la vida a través de estos procesos.

La célula

• Unidad fundamental de la vida
• Eucariotas: Con envoltura nuclear
• Procariotas: Sin envoltura nuclear
• Citosol: Se organiza con el citoesqueleto (filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos)

Bioelementos

• Los seres vivos están compuestos por 30 elementos químicos, siendo los principales H, O, N y C.
• Bioelementos primarios: C, H, O, N - Constituyen el 99% de la masa de los organismos.
• Bioelementos secundarios: P, S, Ca, Cl, Mg, Na y K - Presentes en menor cantidad.
• Oligoelementos: Indispensables para la vida, presentes en cantidades mínimas - Ej: Co, Cu, Fe, Mn, Zn. Actúan como cofactores enzimáticos.
• Elementos traza: Presentes en cantidades aún menores, específicos de algunos organismos - Ej: Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W, V.

Química del Carbono

• La química de la vida se organiza alrededor del carbono.
• El carbono tiene gran capacidad para formar compuestos diversos.
• Hidrógeno: Componente fundamental de la mayoría de las moléculas orgánicas y el H2O.
• Oxígeno: Componente de moléculas biológicas, participa en el H2O y en las reacciones de oxidación que proporcionan energía a los organismos aerobios.
• Nitrógeno: Componente clave de los aminoácidos (constituyen las proteínas) y de las bases que forman los ácidos nucleicos.
• Los átomos se unen mediante enlaces covalentes para formar moléculas.
• La mayoría de las biomoléculas orgánicas son hidrocarburos polifuncionales.
• Grupos funcionales: Confieren propiedades químicas específicas a las moléculas.
• La versatilidad de los enlaces del carbono lo convierte en la base de la vida.

Polímeros y Macromoléculas

• Moléculas orgánicas se polimerizan para formar estructuras complejas: polímeros biológicos o macromoléculas.
• Macromoléculas: Ácidos nucleicos, proteínas, polisacáridos.
• Lípidos: No se consideran macromoléculas, pero forman estructuras complejas como la membrana celular.
• Ácidos nucleicos: 8 nucleótidos - Almacena la información genética.
• Proteínas: 20 aminoácidos - Forman la estructura celular y actúan como enzimas.
• Lípidos: Formados por ácidos grasos - Lípidos de membrana y reserva energética.
• Glúcidos: Formados por monosacáridos - Función energética y estructural.

Enlaces

• Enlace covalente: Une los átomos que forman parte de las biomoléculas.
• Enlaces covalentes no polares: Se reparten uniformemente entre átomos con electronegatividad similar.
• Enlaces covalentes polares: Entre átomos con diferente electronegatividad - El átomo más electronegativo atrae los electrones con mayor fuerza.
• Enlaces débiles: Acciones no covalentes que estabilizan estructuras moleculares e intervienen en reacciones específicas - Ej: puentes de hidrógeno, enlaces iónicos, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas.
• Puentes de hidrógeno: Asociación débil entre un átomo electronegativo y un átomo de H unido a otro átomo.
• Enlace iónico: Entre moléculas orgánicas con grupos con carga iónica diferente en su superficie.
• Fuerzas de Van der Waals: Fuerza de atracción entre dos moléculas al acercarse, debido a fluctuaciones momentáneas en la distribución de electrones.
• Interacción hidrofóbica: Enlace débil generado por moléculas hidrófobas en un medio acuoso.

Estructura tridimensional de las moléculas

• Estereoisómeros: Moléculas con los mismos enlaces químicos pero diferente estereoquímica o configuración espacial de los átomos.
• Isómeros geométricos o isómeros cis-trans: Se dan cuando hay dobles enlaces entre los C que permiten dos conformaciones: cis (mismo lado) y trans (lado opuesto).
• Isomería óptica: Un átomo de C con 4 sustituyentes diferentes se denomina centro quiral.
• Enantiómeros: Dos posibles conformaciones que desvían la luz polarizada en direcciones diferentes - Son imagen especular una de la otra.
• Diastereómeros: Todos los estereoisómeros que no son imagen especular y pueden tener propiedades químicas y físicas diferentes.
• Estereoespecificidad: Las interacciones biológicas entre moléculas son estereoespecíficas - La forma tridimensional es importante para la interacción.

Fundamentos físicos

• Las células y los procesos de los seres vivos se encuentran en un estado estacionario u homeostasis: no están en equilibrio.
• Sistema: Conjunto de moléculas comprendidas en un espacio definido.
• El sistema y el entorno forman el universo.
• Tipos de sistemas: Cerrado, abierto y aislado.
• Síntesis de macromoléculas: Requiere energía.
• Los organismos sintetizan macromoléculas disminuyendo la entalpia del sistema.
• Energía libre: Energía que se requiere para generar un cambio en el sistema.
• Energía libre de Gibbs (G): Determina la variación de energía de una reacción.
• G depende de la entalpia (H), la temperatura del sistema y la entropía (S).
• Reacciones endergónicas: Reacciones que requieren energía libre (ΔG0 positivo).
• Reacciones exergónicas: Reacciones que liberan energía libre (ΔG0 negativo).
• Acoplamiento de reacciones: Energía liberada por reacciones exergónicas se utiliza para llevar a cabo reacciones endergónicas.

Constante de equilibrio y Energía libre estándar de Gibbs

• Constante de equilibrio (Keq): Mide la tendencia de una reacción química a alcanzar el equilibrio.
• Keq elevado: La mayoría de los reactivos han pasado a producto.
• Keq pequeño: La mayoría de los reactivos no han pasado a producto.
• Energía libre estándar de Gibbs (ΔG0): Calcula la variación de energía de una reacción en condiciones estándar.

Enzimas

• La mayoría de las reacciones ocurren a velocidades muy lentas.
• Enzimas: Catalizan las reacciones químicas de los organismos para que ocurran a velocidades compatibles con la vida.
• Función de los enzimas: Disminuyen la energía de activación de las reacciones.
• Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que ocurren en un ser vivo.
• Catabolismo: Reacciones exergónicas que liberan energía.
• Anabolismo: Reacciones endergónicas que requieren energía.

Fundamentos Genéticos

• Los organismos tienen la capacidad de reproducirse de forma casi idéntica.
• ADN: Es la molécula que contiene la información para generar un determinado organismo.

Fundamentos Evolutivos

• Mutagénesis: Variación en la secuencia de ADN producida por errores en la replicación o por agentes mutágenos.
• Adaptación: Las mutaciones (la mayoría neutras) dan origen a nuevas variantes de proteínas que permiten la adaptación de los organismos al entorno.

Origen de la vida

• Teoría de la sopa primordial: Atmósfera de la Tierra primitiva rica en metano y amoníaco, agua a alta temperatura debido a erupciones volcánicas, frecuentes tormentas con descargas eléctricas.

Evolución de la célula

• Células eucariotas: Se originan a partir de la invaginación de la membrana de células procariotas ancestrales.
• Endosimbiosis: Proceso por el cual un organismo vive dentro de otro - Las mitocondrias y cloroplastos se originan a partir de la endosimbiosis.

El agua

• Importancia del agua: La vida en la Tierra surgió en el medio acuático.
• El agua es el componente mayoritario de los seres vivos (65-95%).
• Las fuerzas de atracción y la débil tendencia a ionizarse son importantes para la función y estructura de las biomoléculas.
• El agua participa activamente en las reacciones químicas.
• Molécula polar: Los electrones son atraídos al núcleo del átomo de oxígeno (más positivo), creando una zona con carga positiva y otra con carga negativa.
• Puentes de hidrógeno: Se forman entre las moléculas de agua debido a la polaridad.
• pH: Mide la concentración de [H+] en una disolución acuosa.
• Ácido: [H+] > [OH-], pH < 7
• Neutro: [H+] = [OH-], pH = 7
• Básico: [H+] < [OH-], pH > 7

Estado físico del agua

• Sólida (gel): Con temperatura < 0ºC.
• Líquida: Con temperatura > 0 ºC y < 100 ºC.
• Gaseosa (vapor de agua): Con temperatura > de 100 ºC.

Organización del agua

• Sólida: Moléculas de agua en una red tridimensional ordenada que ocupa mayor espacio, mantenida por 4 puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua.
• Líquida: Las moléculas forman y rompen puentes de hidrógeno de manera continua.
• Gaseosa: Los puentes de hidrógeno se forman y rompen muy rápidamente.

Agua como disolvente

• El agua es un disolvente polar.
• Hidrofílicos (polares): Solubles en agua. Ej: azúcar y sal.
• Hidrofóbicos (apolares): Insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos. Ej: ceras y lípidos.
• Amfipáticos: Solubles en agua y en disolventes orgánicos. Ej: ácidos grasos y fosfolípidos.

Ósmosis

• Ósmosis: Difusión pasiva de agua a través de una membrana semipermeable, desde la solución menos concentrada a la más concentrada.
• Presión osmótica: Presión necesaria para contrarrestar el flujo de agua.
• Sol. isotónicas: Igual concentración o osmolaridad.
• Sol. hipertónicas: Concentración mayor que la del citosol.
• Sol. hipotónicas: Concentración menor que la del citosol.

Ósmosis en los organismos

• Las células: Concentración más alta que el medio que las rodea.
• Protozoos: Vacuola contráctil que bombea agua hacia el exterior.
• Células vegetales: Pared celular, presión de turgor.
• Fluidos intersticiales: Misma osmolaridad que el citoplasma.
• Proteínas: Ayudan a mantener la osmolaridad.
• Polisacáridos: Almacenamiento de moléculas sin afectar la osmolaridad.

Ionización del agua y escala de pH

• El agua pura se ioniza ligeramente, formando moléculas con carga, dando lugar a iones hidroxilo (OH-) y protones (H+) que tienen la capacidad de interactuar químicamente con otras moléculas.

• H+ (el ión hidronio o protón) - La estructura real es H3O+ (hay protones (H+) hidratados (H3O+)).

• El pH es una medida de la concentración de [H+] de una disolución acuosa.

• Escala de pH:

• Concepto de pH: Es una medida de la concentración de [H+] de una disolución. Las disoluciones acuosas, dependiendo de esta medida, pueden ser neutras, básicas o ácidas. El pH del agua pura a 25ºC es neutro ya que la [H+] = [OH-] y por tanto se compensa. Es el valor de referencia. En el agua [H+] = [OH-] = 1 x 10-7M.

• El pH de una disolucion se calcula como pH = -log[H+].

• El pOH de una disolucion se calcula como pOH = -log[OH-].

• La escala del pH va de 0 a 14. pH + pOH = 14.

• El pH es una medida relativa, no absoluta. Nos dice que en una disolución con pH 6 hay 10 veces más [H+] que con una a pH 7.

• pH = -log[H+]

• pH + pOH =14

• Básico [H+] < [OH-] pH>7

• Neutro [H+] = [OH] pH=7

• Ácido [H+] > [OH-] pH<7

Este cuestionario explora la composición química de la materia viva, centrándose en las biomoléculas y su interacción. Además, se abordan las características fundamentales de los seres vivos y la estructura celular, incluyendo diferencias entre eucariotas y procariotas. Ideal para estudiantes de bioquímica y biología celular.