Introducción a la Bioquímica PDF - Universidad del Quindío

INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA Universidad del Quindío, Facultad Ciencias de la Salud, Programa de Medicina, Curso de Preuniversitario con énfasis en Medicina JUAN CAMILO GUERRERO OSPINA Bcc, PhD Ciencias Biomédicas  CONTENIDO Definición Bioquímica...

INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA Universidad del Quindío, Facultad Ciencias de la Salud, Programa de Medicina, Curso de Preuniversitario con énfasis en Medicina JUAN CAMILO GUERRERO OSPINA Bcc, PhD Ciencias Biomédicas  CONTENIDO Definición Bioquímica Partes de la Bioquímica Composición química de los organismos Principios de Metabolismo Principios Ruta metabólicas Átomos Materia  Definición bioquímica La Bioquímica es la ciencia que se utiliza como herramienta básica para la comprensión de los procesos biológicos de crecimiento y desarrollo en los organismos vivos y que son objeto de estudio en otras ramas del conocimiento, tales como la fisiología, microbiología, inmunología, genética, evolución, botánica, entre otros, además brinda herramientas y métodos de estudio en el laboratorio con el objetivo de dar respuesta a problemas de investigación básica y aplicada Estática Dinámica Partes de la Estudio de las Conjunto de todas diversas sustancias bioquímica las transformaciones que componen la de cadenas de rxns materia viva. de sintesis y degradación. Todas las rxns bioquímicas son aceleradas catalicamente por sustancias de naturaleza proteica (biocatalizadores enzimas, T°,presión, pH) COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ORGANISMOS Componente básico de todos los seres vivos. Brindan estructura, absorben Célula nutrientes , convierten estos nutrientes en energía y realizan funciones especializadas  COMPONENTES QUÍMICO DE LA CÉLULA Funciones: Mantenimiento y forma Libre: medio liquido de estructural de la célula. transporte en la célula. Disolvente Combinada: Unida a las Transporte de metabolitos proteínas Participa en rxns Agua (75- metabólicas (Hidrolisis) 85%) Son variables en los Funciones: diferentes tipos de célula. Contribuyen al equilibrio Fe,Cu,Mn, Zn en ácido-base pequeñas cantidades Estructural (microelementos) Participación en los Cl,Na,K,P y Mg en gran mecanismos para obtener Sales e iones proporción energía. (macroelementos) minerales  COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA Moléculas más abundantes en el Funciones: interior de la célula. (50%peso Estructural seco).Elevado PM Biocatalizadores Por medio de hidrolisis bajo PM (aa) Vehículo de transporte Simples: hidrolisis solo produce aa Función protectora conjugadas: por hidrolisis otros Reguladora (hormonas) compuestos Proteinas (lipproteinas,glucoproteinas, metaloproteina) Funciones: Estructural (membrana) Sustancias heterogéneas Material de energía para la Simples: Grasas neutras ( unión entre célula glicerina y ac.grasos). Reserva Complejos: Esteroides. Protectora (tejidos) Lipidos  COMPONENTES QUÍMICO DE LA CÉLULA Gran importancia en la célula Trasmisión y codificación de la Funciones: informacion genética Síntesis de proteínas Composión: azúcares del tipo ADN: Núcleo celular, pentosas, bases organicas codificación genética. ARN: sintetizado por el Ácidos heterociclicas pirimidincas) (p{uricas y ADN en el citoplasma nucleicos Dos clases:desoxiribonucleico celular. Tipos: mensajero, (ADN), rubonucleico (ARN) transferencia y ribosomal. Funciones: De gran abundancia e Energía importancia celular. Estructural Polihidroxialdehidos o Reserva: Polímeros polihidroxicetonas (CH2O)n (animales) glucógeno y Clasifican según número de almidón (plantas) monómeros.(monosacáridos Carbohidratos -oligosacáridos polisacáridos. y Las anteriores se conocen como biomoléculas las cuales juegan un papel de bloques constructores en la formación de estructuras biologicas,en donde cumplen funciones de transporte,estructural,metabolitos intermediarios, biocatalizadores, nutrientes energéticos.  Intercambio de compornentes y de Es una forma de energia con el desarrollo del entorno ( sistema autoconservación y biológico. autoreproduccion. Metabolismo (cambios y transformacion es en la célula) Funciones. Conjunto de procesos físicos- -obtener E qmca químicos- del entorno fisiológicos que -formar y ocurren en los degradar organismos. biomoléculas  Metabolismo Catabolismos Anfibolismo Anabolismo Es un metabolismo Metabolismo Rxns exergónicas, intermediario biosintetico en en donde se donde se genera libera E en los en donde el la sintesis de nutrientes y se conjunto de macromoleculas:r acumulan en rxns generan xns endergonicas forma de ATP ac.organicos, (consumen E) aa  SECUENCIAS MATÁBOLICAS Conocida también como ruta metabólica. Conjunto de reacciones en las que el producto final es el compuesto inicial de la siguiente. Estas reacciones son catalizadas por enzimas especificas TIPOS DE RUTAS Lineales: Cuando es sustrato de la primera reacción es diferente al producto final de la ultima reacción Cíclica: Cuando el producto de la ultima reacción es el sustrato de la primera reacción  ¿De qué están formados todos los materiales, tanto vivos como inertes, que componen el universo que hoy conocemos? Átomos “Modelos atómicos”  Demócrito (460- 360 a.C) Planteó que la materia estaba compuesta por diminutos cuerpos indivisibles.  Modelo atómico de Dalton (1808) Representa al átomo como una esfera compacta, indivisible e indestructible. Modelo atómico de Dalton John Dalton (1766–1844) propuso en 1808 que los átomos eran similares a esferas lisas que no se podían dividir en partes más pequeñas.  Modelo atómico de Thomson (1897) Átomo esférico, formado de materia difusa cargada(+), con los electrones incrustados. Budín de pasas. Modelo atómico de Thomson En 1904, Joseph Thomson (1856–1940) planteó que el átomo era una esfera con carga positiva uniforme y cargas negativas insertadas. Así se explicaba la neutralidad eléctrica de la materia.  Modelo atómico de Rutherford En 1910, Ernest Rutherford (1871–1937) propuso que el átomo está formado por dos regiones: el núcleo, que aloja a las partículas positivas, y la corteza, donde se encuentran las partículas negativas girando alrededor del núcleo Átomo con un gran espacio vacío ocupado por los electrones. En el centro está el núcleo que concentra la masa, donde están los protones.  Modelo atómico de Bohr Niels Bohr (1885–1962) formuló en 1913 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 (n), siendo el de menor energía el que está más cerca del núcleo.  Modelo atómico actual Fue desarrollado en la década de 1920 gracias al trabajo de diferentes investigadores, entre ellos, Werner Heisenberg (1901–1976) y Erwin Schrödinger (1887–1961). Según este modelo, las partículas negativas giran alrededor del núcleo en zonas de probabilidad llamadas orbitales. ¿Qué es un átomo? Definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. El origen de la palabra proviene del griego, que significa indivisible. En el momento que se bautizaron estas partículas se creía que efectivamente no se podían dividir, aunque hoy en día sabemos que están formados por partículas aún más pequeñas. En el átomo entonces encontramos… Estructura y partes del átomo El átomo está compuesto por tres subpartículas: Protones, con carga positiva. Los protones, neutrones y electrones son las partículas subatómicas quecarga Neutrones, sin forman la estructura eléctrica atómica. (o carga neutra).Lo que les diferencia entre ellos es la relación que se establecen entre ellas. con carga negativa. Electrones, A su vez, se divide en dos partes: El núcleo. Formado por neutrones y protones. La corteza. Formada únicamente por electrones. ¿Qué es un neutrón? Un neutrón es una partícula subatómica que forma parte del átomo (junto con el protón y el electrón). Los neutrones y los protones forman el núcleo atómico. Los neutrones no tienen carga eléctrica neta. ¿Qué es un protón? Un protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el numero atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos. ¿Qué es un electrón? Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente. Junto con los neutrones y protones es una de las tres sub partículas que componen un átomo. Por este motivo también se la puede definir como una partícula subatómica.  ¿Qué es el núcleo atómico? El núcleo atómico es la pequeña parte central del átomo, con carga eléctrica positiva y en la que se concentra la mayor parte de la masa del átomo. Las principales partículas subatómicas de los núcleos de los átomos son los protones y los neutrones o los nucleones (excepto los núcleos de hidrógeno que contienen únicamente un protón).  Propiedades y características del átomo Las unidades básicas de la química son los átomos. Durante las reacciones químicas se conservan como tales, no se crean ni se destruyen. Simplemente, se organizan de manera diferente creando enlaces diferentes entre ellos. Los átomos se agrupan formando moléculas y otros tipos de materiales. Según la composición se diferencian los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica de los elementos químicos.  Número atómico Este número indica la cantidad de protones en el núcleo. Todos los átomos con un mismo numero de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas. Por ejemplo, si tienen un solo protón se trata de un átomo de hidrógeno (Z = 1). Número másico El número másico se representa con la letra A. Hace referencia a la suma de protones y neutrones que contiene el elemento. Los isotopos son dos átomos con el mismo número de protones, pero diferente numero de neutrones. Los isótopos de un mismo elemento, tienen unas propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí. Energía eléctrica En los conductores eléctricos, los flujos de corriente son los electrones de los átomos que circulan de forma individual de un átomo a otro en la dirección del polo negativo al polo positivo del conductor eléctrico. Es lo que llamamos energía eléctrica o electricidad. Pese a que suelen formar parte de los átomos, existen electrones que forman haces en el vacío o se trasladan de forma independiente por la materia.  Elemento Una sustancia que no puede ser separada en sustancias más simples por medios químicos. Una sola clase de átomos (O2, Na, Cl2)  Formación de moléculas Al unirse los átomos forman moléculas o también redes cristalinas. Molécula: Formada por átomos iguales o diferentes, que es la parte más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades químicas. Ej. H2O, C6H12O6 - Red cristalina: es una agrupación formada por un numero indefinido de átomos o moléculas Ej. NaCl  Molécula Más de un átomo unidos quimicamente (iguales o distintos, O2, H2O)  Compuesto Una sustancia formada de moléculas quimicamente unidos en proporciones fijas (H2O, CO2)  Moleculas diatómica y poliatómicas - M. diatómica: formada solo - M. poliatómica: formada por por dos átomos iguales Ej mas de dos átomos Ej molécula de oxigeno molécula de agua  MATERIA DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS ¿Qué es la Materia? la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el universo, posee una cantidad determinada de energía y está sujeto a interacciones y cambios en el tiempo, que pueden ser medidas o mensuradas y experimenta el fenómeno de inercia (resistencia que ofrece a cambiar de posición). Generalmente se emplea el término materia como sinónimo de sustancia, de aquello de lo que están hechas todas las cosas. Tipos de materia Materia viviente: Aquella que compone el cuerpo de los seres vivos. Materia inanimada: Aquella que compone los objetos inertes, sin vida. Materia Orgánica: Aquella constituida principalmente por átomos de carbono e hidrogeno, vinculada con la vida generalmente. Materia inorgánica: Aquella materia que no es orgánica, es decir, que está en estado libre en la naturaleza y no necesariamente tiene que ver con los seres vivientes. Materia simple: Aquella compuesta por pocos tipos de átomos, cercana a la pureza. Materia compuesta: Aquella que posee numerosos elementos de diverso tipo en su composición y alcanza mayores niveles de complejidad. Composición de la materia Toda la materia, está compuesta por partículas invisibles, indivisibles y estables, que constituyen la materia elemental de los 118 elemento químicos conocidos (sustancias puras) en la tabla periódica. Se llaman átomos y son distintos entre sí dependiendo de a qué elemento pertenezcan, pero no en su forma o constitución sino en la cantidad o distribución de partículas subatómicas: electrones (carga negativa), protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra). De esta manera, un átomo de hidrógeno es idéntico a cualquier otro átomo de hidrógeno en la galaxia y todos se componen de un protón y un electrón. En eso se diferencian de un átomo de oxigeno, que se compone de ocho protones y ocho electrones. Propiedades de la materia La materia presenta propiedades de diversa naturaleza que pueden organizarse según su perspectiva: Propiedades físicas. Dependen de la sustancia misma y se manifiestan en su apariencia, su olor y sabor, su textura, su peso, su resistencia, etc. Propiedades químicas. Dependen de la configuración atómica de la sustancia y se ponen de manifiesto en su reacción con otras sustancias o compuestos, o ante diversas fuerzas como la electricidad o el magnetismo. Propiedades físico-químicas. Se trata de una perspectiva que reconcilia las dos anteriores. Propiedades generales. Aquellas propiedades compartidas por toda la materia, como el peso o la masa. Propiedades específicas. Aquellas propiedades únicas de cada tipo de materia, como el punto de ebullición o la densidad. Estados de la materia Principales características de la materia Masa. La masa de las cosas es la sumatoria de la cantidad total de materia que hay en ellas. Esto es, cuántos elementos hay contenidos en un mismo cuerpo. Se mide en kilogramos de acuerdo al Sistema Internacional (SI). Peso. Aunque comúnmente se confunde con la masa, es algo distinto: es la medida en que actúa la fuerza de gravedad sobre un cuerpo u otro, medida en Newtons (N) de acuerdo al SI. Volumen. Es la relación del espacio que ocupa un cuerpo determinado, medido en metros cúbicos (m3) según el SI. Densidad. Se refiere a qué tan juntas están las partículas de un cuerpo o una sustancia, calculada como la relación entre masa y volumen. Se expresa, por ende, en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Temperatura. Es la medida de calor percibida en un cuerpo determinado, ya que la energía calórica se transmite de los cuerpos más cálidos a los más fríos. Para ello se emplean distintas escalas de temperatura: la Celsius (°C), la Kelvin (°K) o la Fahrenheit (°F). Características de la materia sólida Dureza. Se refiere a su resistencia a la penetración por parte de otro sólido. Los objetos duros no pueden cortarse con facilidad, como sí los blandos. Maleabilidad. Se refiere a los materiales que pueden ser deformados ante la presencia de una fuerza constante y continua, sin romperse o dividirse en partes más chicas. Ductilidad. Se refiere a la posibilidad de formar hilos de la materia cuando se la somete a fuerzas contrarias. Punto de fusión. La temperatura a la cual un sólido deja de serlo y se vuelve líquido.  Características de lá matéria líquida Compresibilidad. Esta es la medida en que la materia puede Viscosidad. Dependiendo de qué tanta resistencia ofrezcan sus comprimirse o no, es decir, si sus átomos pueden obligarse a estar partículas al movimiento lineal, el líquido fluirá más o menos más próximos los unos a los otros. Está presente en los líquidos y en fácilmente. A mayor viscosidad (como el asbesto), menor fluidez. mayor medida los gases, pues los sólidos son incompresibles. Punto de congelación. La temperatura a la cual un líquido pasa a ser Punto de ebullición. La temperatura a la cual un líquido pasa a ser un un sólido. gas. Características de la materia gaseosa Compresibilidad. Mucho mayor que la de los líquidos. Presión. Los gases ejercen fuerza sobre todo lo que los contiene, por lo que “empujan” y presionan todo a su alrededor. Licuefacción. Aplicando grandes cantidades de presión, puede forzarse un gas a volverse líquido. Condensación. Similarmente, retirando energía calórica, se puede hacer un gas líquido.  Características de la materia plasmática El plasma de uno de los menos conocidos estados de agregación de la materia, aunque sea el más abundante en el universo. Se trata de un fluido semejante al gaseoso, pero cuyas partículas se encuentran cargadas eléctricamente, sin poseer por ello equilibrio electromagnético. Como los gases, no tiene forma ni volumen definido. Un perfecto ejemplo de ello es el fuego  Niveles de organización de la materia Nivel subatómico. El de las partículas dentro del átomo: electrones, protones, neutrones. Nivel atómico. El de los diversos átomos y elementos. Nivel molecular. El de los átomos enlazados en estructuras químicas mayores de diversa complejidad. Nivel celular. El de la aparición de la célula como unidad mínima de la materia viviente, sobre todo como organismos unicelulares. El paso entre el nivel anterior y éste es todavía objeto de especulación científica. Nivel de órgano. Los tejidos constituyen órganos en el cuerpo cada vez más complejo de los seres pluricelulares.  Niveles de organización de la materia Nivel de sistema Los órganos operan de manera conjunta y recíproca en el cuerpo, formando sistemas vitales. Nivel de organismo. El conjunto de sistemas y aparatos producen un individuo vivo. Nivel de población. Los organismos vivos se juntan para protegerse y reproducirse, formando poblaciones. Nivel de ecosistema. Las diversas poblaciones que comparten un mismo hábitat ejercen relaciones recíprocas y conforman un ecosistema. Nivel de bioma. Diversos ecosistemas que comparten una misma región geográfica, sujetos a las mismas fuerzas naturales, forman un bioma Nivel de biósfera. La totalidad de los biomas del planeta conforman la perspectiva total de la vida en la tierra ¡GRACIAS!