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Bloque-I.-Introduccion.pdf McSteamyURJC Bioquímica y Biología Molecular 1º Grado en Medicina Facultad de Ciencias de la Salud. Campus de Alcorcón Universidad Rey Juan Carlos Reservados todos los derechos. No se pe...

Bloque-I.-Introduccion.pdf McSteamyURJC Bioquímica y Biología Molecular 1º Grado en Medicina Facultad de Ciencias de la Salud. Campus de Alcorcón Universidad Rey Juan Carlos Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T0. ELEMENTOS Y MOLÉCULAS BIOGENÉTICAS INTRODUCCIÓN GENERAL Estamos formados principalmente por agua, después lo más abundante son las proteínas. ELEMENTOS TIPOS DE MOLÉCULAS Primarios: CHON Orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos Secundarios: P, S, Cl, Na, Mg, Fe, K Inorgánicas: agua, gases (ox y diox), aniones y cationes Oligoelementos: Ni, Cu, Mo, Co SILLARES ESTRUCTURALES = monómeros: se unen entre sí o a otras y van formando complejos cada vez mayores. Todas las moléculas orgánicas tienen sillares estructurales, pero los lípidos no porque son muy heterogéneos. INTERACCIONES MOLECULARES Cuanta más energía, enlace más fuerte y mayor la unión, por ello más estabilidad y menor facilidad de ruptura. El enlace C-C es de los más estables y el que más vemos en los seres vivos. Pese a que el enlace N-N es MUY estable, no está tan presente en nosotros porque requiere cantidades muy grandes de energía y al ser tan estable tampoco interacciona con otras cosas, porque perdería estabilidad. Los seres vivos usamos enlaces que nos den a la vez estabilidad (covalentes) pero que también tenga cierta plasticidad (no covalentes poco energéticos: enlaces de Hidrógeno o carga-carga), con fluidez. Los enlaces poco energéticos permiten los cambios en la conformación de las proteínas, permitiendo así que esta cumpla su función. INTERACCIONES MOLECULARES NO COVALENTES 1. Carga-Carga 3. Dipolo-Dipolo inducido 5. Enlaces de hidrógeno 2. Dipolo-Dipolo 4. Van Deeer Wals DIPOLO: molécula con carga parcial positiva y carga parcial negativa. Por ejemplo, en el agua el O atrae más los electrones que los H y queda más negativo (zona densidad electronegativa) y la zona del H queda más positiva (zona densidad electropositiva). La fuerza de interacción de los enlaces se determina con la Ley de Coulomb: F = Kq1q2 / Dr2 PUENTES DE HIDRÓGENO Solo O, N y S (poco abundante y suele tender más a hacer puentes disulfuro) son capaces de formar este tipo de enlaces con el H. Estos elementos se comportan tanto como donadores como aceptores de los e-. Enlaces muy importantes en la estabilidad de proteínas, sobre todo en la estabilidad de la doble hélice del ADN. A la izquierda están los dadores y a la derecha los aceptores. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  2 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina ENLACES DE VAN DER WAALS: REPULSIÓN EN DISTINCIAS MUY REDUCIDAS Si se acercan dos moléculas demasiado hay repulsión y si están muy alejadas no hay interacción, solo hay una distancia (radio de Van Der Waals = 2-3A) a la que se da este enlace. Es la unión más débil, aún menor a la del de tipo dipolo. Todas las moléculas tienen esta fuerza y mantiene estructuras de las biomoléculas, es la más abundante y la más débil. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  3 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T1. EL AGUA COMO BIOMOLÉCULA FUNDAMENTAL INTRODUCCIÓN El agua es muy importante en la estructura de las moléculas, sin agua por ejemplo no se podrían plegar las proteínas (necesario medio acuoso). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. PROPIEDADES DEL AGUA 1. Amplio margen de Tª en fase líquida y abundante presencia en los tres estados en el planeta: esencial para los ciclos del agua. 2. Elevada cte. Dieléctrica: gracias a esto el agua actúa como disolvente universal, siendo el agua una molécula polar capaz de formar PDH con otras moléculas distintas a las de agua, formando nuevas uniones y disolviendo las sustancias. Este proceso es la solvatación iónica, donde las moléculas del soluto se rodean de moléculas de agua con las que interactúan. 3. Carácter dipolar: gracias a que no es una molécula lineal, tiene hibridación sp3 y forma un tetraedro completado por 2 PDH. La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º entre los H-H unidos al O. 4. Elevados calores específicos y de evaporación: para evaporar agua hay que someterla a Tª elevadas, por lo que actúa como buen aislante térmico y regulador de la Tº corporal (a través por ejemplo del sudor), esto se da por el elevado nº de puentes enlaces de hidrógeno. 5. Dilatación anómala: el hielo es menos denso que el agua y esto permite que el hielo flote en el mar, si no fuera así y se hundiese todo el océano acabaría helado. En estado sólido, el agua presenta todos sus posibles enlaces de hidrogeno (cuatro/molécula) formando un retículo que ocupa más volumen, siendo menos denso. 6. No muy viscosa: PDH mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Esta propiedad es fundamental para procesos biológicos como el bombeo sanguíneo. 7. Alta tensión superficial: moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Este fenómeno se conoce como capilaridad. 8. Anfótera: actúa como ácido o como base. Es el caso del agua, que frente a un ácido fuerte actúa como base débil y frente a una base fuerte puede actuar como un ácido débil. Participará en muchas de las reacciones del metabolismo. IMPORTANCIA DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS - Constituye 60-90 % en peso de los seres vivos Disolvente mayoritario en los organismos - Sus propiedades condicionan el comportamiento de las biomoléculas - Participa en reacciones químicas (p.ej. hidrólisis, reacciones ácido-base...) Punto de ebullición de algunos El agua presenta propiedades anómalas con respecto a las de otros hidruros semejantes: hidruros comparables - Elevado punto de ebullición (100ºC a nivel del mar) El agua puede actuar como: - Lubricante: facilitando movimientos (mucus, líquido sinovial) - Agente protector frente a daños mecánicos: líquido cefalorraquídeo, líquido amniótico. - Regulador de la Tª: por su elevado calor específico puede absorber gran cantidad de energía sin que aumente su temperatura. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  4 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina ESTRUCTURA DEL AGUA - La molécula de agua presenta enlaces covalentes polares. - La molécula de agua se comporta como dipolo eléctrico, lo que permite que haya enlaces de H, en los que o bien hace de donador o de aceptor de e-. La distribución de cargas es asimétrica en la molécula de agua, debido a que el átomo de O es más electronegativo que el de H. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Cada molécula de agua es capaz de formar hasta 4 enlaces de hidrógeno con otras cuatro, en el hielo los 4 enlaces están completos, mientras que en agua líquida hay CASI 4, de ahí la diferencia entre agua líquida y sólida. El hielo forma una estructura de tetraedro, en la cual todos los enlaces de hidrógeno posibles están completos. - En el agua líquida la estructura fluctúa rápidamente (vida media corta de cada enlace de hidrógeno: 10-8-10-11 segundos), y cada molécula de agua se une por término medio a otras 3.4 moléculas vecinas. Eso explica que el hielo, con una estructura más estable y abierta, posea menor densidad que el agua líquida. LOS ENLACES DE HIDRÓGENO Los enlaces de hidrógeno se forman entre distintas biomoléculas polares y entre éstas y el agua. Todos estos enlaces son de gran importancia, tanto en la estructura como en la función de la materia viva. - Dos moléculas polares pueden formar enlaces de este tipo entre sí, si al menos una contiene H y la otra posee 2 electrónicos sin compartir. - SON MUCHO MÁS DÉBILES QUE LOS ENLACES COVALENTES: permitiendo por ello la interacción de las moléculas de agua con otras moléculas, y de aquí la gran capacidad disolvente del agua. - SON DIRECCIONALES: según la disposición en el espacio de los enlaces de los PDH serán más energéticos (rectos) o menos (inclinados). Se dan más las estructuras rectas porque además de ser más energéticas también son más estables. El enlace es más estable cuanto más lineal sea la ordenación del átomo de H y los dos átomo electronegativos implicados. - SE DAN ENTRE MUCHAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS: como por ejemplo entre un grupo OH de un alcohol y el agua, entre los péptidos de un polipéptido o entre las bases que forman parte del ADN. - Estos enlaces explican la alta cohesión de las moléculas de agua. LA TENSIÓN SUPERFICIAL En la superficie del agua la resultante de las fuerzas atractivas es distinta que en el interior del líquido, de ahí la tensión superficial del agua. Las moléculas de agua van a interaccionar débilmente con las del aire. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  5 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina EL AGUA COMO DISOLVENTE TIPOS DE SOLUTO - Polares - Con carácter iónico - Apolares (efecto hidrofóbico) - Anfipáticos ¿DE QUÉ DEPENDE QUE UNA MOLÉCULA SE DISUELVA MÁS O MENOS CON EL AGUA? La solubilidad depende de la capacidad del solvente para interaccionar con las moléculas de soluto, si esta interacción es más fuerte que la que tienen las moléculas de soluto entre sí, se produce la disolución. - COMPUESTOS IÓNICOS: las sales se disuelven en agua. La interacción de los iones con el agua es más fuerte que la interacción de unos iones con otros. - MOLÉCULAS POLARES: la solubilidad de estas en agua es elevada EFECTO HIDROFÓBICO: LAS MOLÉCULAS APOLARES SON INSOLUBLES EN AGUA La presencia de moléculas hidrofóbicas provoca la ordenación de las moléculas de agua en contacto con ellas: - Estas ordenaciones se conocen como clatratos - Cuando se introducen moléculas apolares en agua se produce una gran disminución de la entropía, debido a que las moléculas de agua se ven obligadas a ordenarse alrededor de la molécula apolar. - El universo tiende al desorden (ordenar gasta energía) y cuando metemos algo en agua se ordena lo que metemos, pero el nº de moléculas de agua que se desordenan son muchas más, tendiendo al desorden. Las moléculas que rodean cuerpos separados son mayores a las que rodean cuerpos que se han juntado. - En el agua las moléculas apolares tienden a agruparse, ya que así aumenta la entropía del sistema (la cantidad de moléculas de agua ordenadas es menor que cuando están dispersas): es a lo que llamamos EFECTO HIDROFÓBICO - Una vez agrupadas, las moléculas apolares establecen INTERACCIONES HIDROFÓBICAS entre ellas, se trata de interacciones débiles de tipo van der Waals. Casi todas las moléculas que se pliegan necesitan interacciones hidrofóbicas, que harán que sea espontáneo. - Las MOLÉCULAS APOLARES no forman membranas plasmáticas, sino micelas o superficies en líquidos, que se forman de manera espontánea. Teniendo la menor superficie posible en contacto con el agua, la repelen. Las que forman bicapas son las ANFIPÁTICAS (parte polar y parte apolar). - LOS TAG NO FORMAN MEMBRANAS PLASMÁTICAS PORQUE SON APOLARES. VIDA MEDIA PROTEÍNA: como de un minuto, porque los plegamientos no son muy estables. Los enlaces que mantienen la estructura son débiles y por ello no duran mucho tiempo. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  6 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  7 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T2. DISOLUCIONES ACUOSAS DISOCIACIÓN DEL AGUA ** Un tampón solo funciona en ciertos rangos, los próximos al pKa. Las proteínas, formadas por aa (que son anfóteros), tienen un pH óptimo, que si cambia hará que los aa de la proteína actúen más Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. como ácido o más como base, y entonces cambiará la estructura de la proteína. REPASO BÁSICO ÁCIDOS/BASES FUERTES: se disocian totalmente. Su constante es elevada (sistema desplazado a la derecha). Su PKb será bajo. ÁCIDOS/BASES DÉBILES: NO se disocian del todo, por lo tanto, tienen Ka y Kb bajos, y en consecuencia sus PKa/PKb son altos. La Ka y la Kb vienen definidas por la siguiente ecuación: 𝐾𝑎 = [𝐻+][𝐴−] /[𝐻𝐴] La ecuación anterior se relaciona de la siguiente manera con la PKa: PKa = −log[Ka] LA IONIZACIÓN DEL AGUA Dos moléculas de agua reaccionan entre sí y se transfiere un protón. El agua es capaz de actuar como ácido (cediendo protones) o como base (captando protones) según con quien se junte. Cualquier ácido o base en agua se disociará y hará que cambie el pH, como estos cambios en nuestro organismo no podemos permitírnoslos, habrá sustancias que regulen estos cambios en el pH. Por ejemplo, los aa en nuestro organismo, que son sustancias anfóteras, podrán también actuar como ácido o como base en función de la situación en que se encuentren, amortiguando el pH celular. PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA La cantidad en que se disocia el agua es pequeña (1x10-7 M). ** pH = concentración de protones pH = -log10 [H+] ESCALA DE PH: forma práctica de expresar las concentraciones pequeñas. - Por ejemplo si [H+] = 1 x 10-7 M el pH será de 7 Los ÁCIDOS disminuyen el pH y aumentan la concentración de iones H+ (pH7) a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  8 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS DÉBILES Si consideramos un ácido débil a HA: - La cte de disociación del ácido se determina por la expresión: - Como la [H2O] se mantiene casi constante: A mayor cte disociación, mayor fuerza tiene el ácido y mayor grado de disociación Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Usamos la escala logarítmica pKa = -log 10 Ka Contra más pequeño sea pKa, Contra mayor sea Ka, más más fuerte será el ácido fuerte será el ácido ** El lugar en que puede tamponar será cuando pKa sea más menos 1 ÁCIDOS POLIPRÓTICOS Son aquellos que se disocian más de una vez. - Ácido fosfórico: es un ácido triprótico. Si por ejemplo queremos tamponar a un pH de 3 podríamos usar este ácido ya que en la primera ecuación queda pH = 2.1 y tamponan en un pKa de más menos 1. - Si me alejo mucho del rango de pKa me dice que el ácido ya no existe, ya que todo o casi todo está conjugado y no quedan protones que soltar. - En la tabla de la derecha vemos los rangos de amortiguación de cada especie, que queda en más menos uno. MECANISMO DE TAMPONAMIENTO DE PH Solo son capaces de amortiguar el pH cuando las dos especies son de concentraciones similares, ya que aquí son capaces de intercambiar protones entre las dos especies y por ello tamponar. ** Cada compuesto con capacidad de tamponar el pH lo hace en un rango de valores determinado SISTEMA DE α – AMINOÁCIDOS El pKa aproximado de la parte ácido de un aa es de 2 El pKa aproximado de la parte básica de un aa es de 9 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin.  9 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina PUNTO ISOELÉCTRICO Se denomina a la forma intermedia del aa como FORMA ZWITERIÓN, donde está el punto isoeléctrico del mismo, cuando tiene el mismo nº de cargas positivas que negativas. Esta molécula en forma zwiterión tiene carga pero se comporta como carga neutra, al tener mismo nº de positiva que de negativa, pero esto solo será a pH 5,5 si el pH sube o baja se intercambian los protones y entonces se cargará positiva o negativamente. ** Este punto permite separar los distintos aa entre sí, por lo que se usa como técnica para la separación de estos. Como los aa en función el pH tendrá una carga u otra, y estos forman las proteínas, dependiendo del pH en el que nos encontramos las proteínas se verán modificadas en estructura y por ello en función. IMPORTANTE: las especies de los aa, más con carga positiva o negativa no estarán todo en una u otra, habrá parte de cada una, y cuando nos acerquemos más al pH más ácido o básico habrá cada vez mayor proporción de unas especies que de otras. TAMPONES FISIOLÓGICOS Son importantes porque no solo tamponan los sistemas bicarbonato y fosfato, tamponan muchas otras sustancias en pH medio. TAMPÓN FOSFATO: PH INTRACELULAR Solo nos interesa la especie media, que es el que tampona en rango de pH de nuestro medio intracelular. El sistema actúa como sistema cerrado ya que nada se convierte en tampón fosfato. TAMPÓN BICARBONATO: PH EXTRACELULAR Tampona el pH sanguíneo y es un sistema abierto, ya que puedo obtener este sistema tampón a partir de desechos metabólicos. La respiración también controla el pH, cuando tenemos mucha concentración de CO2 en sangre, se ventila a mayor frecuencia para expulsar este CO2 y además conseguir meter más O2 en el organismo, para que sigan las reacciones metabólicas. CUANDO HIPOVENTILO: hay menos concentración de CO2, por lo que se forma menos ácido (H2CO3) y el pH sube. CUANDO HIPERVENTILO: hay más concentración de CO2, por lo que se forma más ácido (H2CO3) y el pH baja = acidificación. Los desechos del metabolismo que son CO2 y H20 son capaces de interaccionar y pasar a convertirse en sistema tampón bicarbonato. Ác carbónico Ión bicarbonato Para que las recciones se produzcan, el incremento de energía libre de Gibbs debe ser negativo, si no NO SE PRODUCIRÁ. Para que las reacciones vayan hacia un lado o hacia el otro debe variar el ∆G, este cambia en función de la concentración de los sustratos y de los productos. Esto pasa en las reacciones reversibles, donde las [sustratos y productos] hacen que cambie el ∆G. ¿POR QUÉ SON NECESARIOS LOS SISTEMAS TAMPÓN? Los sistemas biológicos mantienen controlado el pH para que los procesos del organismo ocurran en condiciones óptimas de pH. En función de la zona del organismo habrá enzimas que trabajen mejor a pH ácidos (pepsina) o básico (tripsina) por lo que en los lugares donde estén estas enzimas el pH variará respecto a otros sitios del organismo. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  10 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10463559 Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. 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