Bioelementos y Biomoléculas - Universidad Autónoma de Querétaro - 2024

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE MEDICINA LICENCIATURA EN MEDICINA CURSO PROPEDÉUTICO 2024 FUNDAMENTOS BÁSICOS DE BIOQUÍMICA BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS D. C. Sarahí Rodríguez González BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Proviene del griego ἄτομον («átomon»), unión de dos vocablos: α (a),...

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE MEDICINA LICENCIATURA EN MEDICINA CURSO PROPEDÉUTICO 2024 FUNDAMENTOS BÁSICOS DE BIOQUÍMICA BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS D. C. Sarahí Rodríguez González BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Proviene del griego ἄτομον («átomon»), unión de dos vocablos: α (a), que significa "sin", y τομον (tomon), que significa "división" ("indivisible", algo que no se puede dividir). Es una partícula de tamaño muy reducido, del orden de 10-8 cm. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Es la unidad estructural de la materia Neutrones (n) Protones (+) Electrones (-) (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Los átomos en el estado natural se encuentran de forma neutra, quiere decir que tienen la misma cantidad de protones y electrones. Átomo Neutro Perdida de electrones Ganancia de electrones (Feduchi, 2014) Iones Cationes Aniones BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO El número atómico (Z): es la cantidad de protones que tiene un atómo de cada elemento. El símbolo convencional y su representación "Z" proviene de la palabra alemana Atomzahl (número atómico). H Z=1 C Z=6 N Z=7 O Z=8 (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Número Másico (A): Es la suma de los protones y neutrones de un átomo. A = #P + # N Hidrogeno (1H) Número Atómico = 1 Masa Atómica = 1 (1 electrón) (Feduchi, 2014) Helio (4He) Carbono (12C) Número Atómico = 2 Masa Atómica = 4 (2 electrones) Número Atómico = 6 Masa Atómica = 12 (6 electrones) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Masa Atómica (peso atómico) (UMA): Es la media ponderada de las masas atómicas de todos los isótopos del elemento. Se toma en cuenta la cantidad de cada uno. Se basa en un valor de la masa atómica del 12C = UMA Por lo tanto, 1 uma es la doceava parte del peso de 12C (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Isótopos: son elementos que tienen diferentes cantidades de neutrones. Formas atómicas de un mismo elemento pero que son diferentes en su masa atómica. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Isótopos Radioactivos: son elementos que tienen diferentes cantidades de neutrones pero se caracteriza por presentar un núcleo atómico inestable. Estos tipos de elementos emiten energía cuando cambian de esta forma inestable a una estable. Emiten radiación α, β, ó γ BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Radiación: cualquier forma de energía o materia que se irradia por el espacio en distintas direcciones. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Isótonos: son elementos distintos con diferentes cantidades de protones (Número atómico) y Masa atómica pero iguales en el número de neutrones. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO Isóbaros: son elementos distintos con diferentes cantidades de protones (Número atómico) y Neutrones pero iguales en la Masa Atómica. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO La Valencia se define como la capacidad de combinarse (reaccionar) con otro elemento. Es el número de electrones que se encuentran en la órbita externa. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO La tabla periódica está compuesta por todos los elementos descubiertos. El orden de los elementos está determinado por dos ejes. Horizontal (periodos): Se colocan de izquierda a derecha con forma que aumentan su número atómico. Vertical (grupos): Se agrupan los elementos que tienen el mismo número de electrones en su último nivel. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS ÁTOMO BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS Existen más de 100 elementos de la tabla periódica, sin embargo, sólo 70 participan en la materia viva y sólo 21 son esenciales para la conservación de la vida y tan sólo 6 (CHONPS) representan el 92% aprox. de los seres vivos. BIOELEMENTOS (Voet, 2006) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS En relación a la cantidad en el organismo se clasifican en tres grupos. BIOELEMENTOS Primarios Secundarios Oligoelementos Componentes fundamentales de las biomoléculas. Forman carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Componentes que se encuentran en menor cantidad pero que son fundamentales de las biomoléculas. Se encuentran en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos son indispensables, mientras que otros, son variables (Voet, 2006) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS PRIMARIOS 18% 10% Carbono C (Voet, 2006) Hidrógeno H 65% 3% 1%.05% Oxígeno O Nitrógeno N Fósforo P Azufre S BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS HIDRÓGENO Es un gas incoloro, insípido, inodoro. Es el elemento más simple. Existe en mayor proporción como molécula diatómica (H2). Es el más abundante en el universo (90%) y el tercero en la tierra. Reacciona rápidamente para formar moléculas, difícil encontrarlo solo. Condiciona la concentración de ácidez o pH del medio. Participa en los procesos liberadores de energía celular y en los mecanismos de oxido reducción celular. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS CARBONO Sólido y oscuro. No es abundante en la corteza terrestre (0.027%) pero en los seres vivos (18%). Se presentan 4 formas alotrópicas (grafito, diamante, fullereno y nanotubos de carbono). Se puede asociar a otro carbono para formar cadenas o ramificaciones. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS NITRÓGENO En su mayoría es gas incoloro. En la atmosfera representa el 78%. Tiene una gran estabilidad química (baja radiación). Alta tendencia a crear diatómicos (N2). BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS OXÍGENO En su mayoría es gas incoloro. En la atmosfera representa el 20%. Forma moléculas diatómicas (O2). Se condensa a -183C y se solidifica a -219C. Participa en los procesos liberadores de energía. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS FÓSFORO En su mayoría es sólido de color blanco y olor desagradable. Es insoluble en agua. Se oxida espontáneamente en presencia de aire formando pentóxido de fósforo por lo que se almacena en agua. Altamente inflamable. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS AZUFRE En su mayoría es sólido de color amarillento. El olor es carácterístico cuando reacciona con el hidrógeno. Arde con una flama azul característica (libera dióxido de azufre SO2). BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Se encuentran en menor proporción que los primarios. Son indispensables para los seres vivos. En medio acuoso siempre se encuentran ionizados. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS Oligoelementos Se dividen en dos: 1) indispensables, se encuentran en todos los seres vivos. 2) variables, solamente los necesitan algunos organismos. En este grupo se encuentran: Fe, Cu, Zn, Mn, I, Ni y Co (que aparecen en la mayoría de los organismos) y Si, F, Cr, Li, B, Mo y Al (sólo están presentes en grupos concretos). Constituyen menos del 0.1% y son esenciales para desempeñar procesos bioquímicos y fisiológicos. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS Bioelementos Oligoelementos Primarios Secundarios Indispensables Variables C H O N P S Na+ K+ Mg2+ Ca+ Cl- Mn Fe Co Cu Zn B Al V Mo I Si BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Los átomos tienden a asociarse formando moléculas o conglomerados de átomos. La unión entre los átomos se realiza por Enlaces Químicos. Pueden asociarse a un elemento igual (O2, H2) formando una molécula diatónica. Si se asocian dos elementos distintos se llaman compuestos. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Las reacciones químicas son el resultado de la unión y ruptura de los enlaces químicos. La configuración de cada elemento en su orbita externa es la que le dará la capacidad de reaccionar con otros elementos. Es importante recordar la Regla del Octeto. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Regla del Octeto. Cuando los átomos que reaccionan poseen una elevada electronegatividad, el enlace que se forma (porque ambos buscaran completar su Regla del Octeto) se denomina Covalente. En este tipo de enlace no hay transferencia completa de electrones, como ocurre en el iónico. Los dos Orbitales Externos forman un Orbital Molecular que puede ser Enlanzante o Antienlazante. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Regla del Octeto. Presenta excepciones como: 1. El hidrógeno sólo tiene una valencia de uno, por lo tanto, acepta como máximo dos electrones, por eso sólo puede compartir su electrón con átomo formando un único enlace. 2. Los átomos no metálicos, a partir del tercer periodo energético pueden formar “octetos expandidos” colocando los electrones ganados en subniveles. (Feduchi, 2014) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Los enlaces químicos se define como la unión de dos o más átomos para formar un compuesto o molécula más compleja. La formación de estos enlaces se debe al balance favorable de energía, esto se interpreta como que los átomos unidos forman un sistema de menor energía que los propios átomos por separado. ÁTOMOS (Feduchi, 2014) ÁTOMOS UNIDOS + ENERGÍA BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Los enlaces químicos se clasifican en tres grandes tipos: Enlace iónico: resultado entre la atracción entre dos iones. Enlace Metálico: resultado de compartir electrones de forma colectiva. Enlace Covalente: resultado de compartir pares de electrones. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Enlace iónico Uno de los átomos toma un electrón de la capa de valencia del otro, quedando el primero con carga negativa por el electrón adicional y el segundo con carga positiva al perderlo. Este enlace se forma cuando la diferencia de electronegatividad entre los 2 átomos es muy grande. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS Enlace Metálico BIOMOLÉCULAS Ocurre entre átomos de metales. Es un enlace muy fuerte, es moldeable y adaptable al entorno. Se forma una estructura muy organizada y coordinada. Los electrones de valencia se comparten colectivamente formando una nube electrónica que está débilmente unida al núcleo. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Enlace Metálico Los metales se deforman al sufrir una presión, pero no se rompen. Simplemente, los electrones libres se acomodan nuevamente alrededor de la nueva conformación del sistema de iones. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Enlace Covalente Cada uno de los átomos aporta un electrón. Los orbitales de las capas de valencia de ambos átomos se combinan para formar uno solo que contiene a los 2 electrones. Es muy fuerte y se rompe con dificultad. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Enlace Covalente Si la diferencia de electronegatividades entre los 2 átomos es marcada, tenemos un enlace polar y se favorecerá la solubilidad de la substancia en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS DIPOLO Figure 2-43a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Enlace Covalente Si la diferencia de electronegatividades es poca, tenemos un enlace no polar y se favorecerá la solubilidad de la substancia en solventes no polares. Ejemplo: un enlace C-C o O-O BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Puentes de Hidrógeno Este tipo de enlace es relativamente fuerte. Es muy común entre moléculas polares en un medio acuoso. Responsable de las uniones débiles entre las moléculas del agua. Para que se forme es necesario un H unido covalentemente a un átomo electronegativo (frecuentemente O y N), que debido a su carga parcial positiva, será atraído por otro átomo electronegativo presente en otra molécula diferente. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Fuerzas de Van Der Waals Interacciones muy débiles que mantienen unidad de forma muy breve a los átomos o moléculas no polares. Dependen de la distancia entre los átomos. Se consideran “dipolos temporales” sólo dura cuando el electrón de un átomo se acerca o aleja del átomo con el que está enlazado. GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA BIOMOLÉCULAS Entre las diferentes biomoléculas se encuentran de forma recurrente estructuras conservadas llamadas Grupos Funcionales. Se definen como las asociaciones entre átomos que proporcionan características funcionales a una molécula. GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES Las funciones asociadas a estos grupos son: Formación de enlaces covalentes entre las moléculas. Formación de polímeros o macromoléculas Asociación o interacción mediante enlaces débiles entre ellas y con el medio. GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES GRUPOS FUNCIONALES QUÍMICOS COMUNES EN BIOQUÍMICA GRUPOS FUNCIONALES SESIÓN4 / NOTAS El presente documento tiene como finalidad servir exclusivamente de orientación y guía para el estudio de la unidad respectiva. Se recomienda estudiar, leer y repasar los documentos originales así como el material de apoyo enlistado en el programa de la materia. Es importante recordar, que las evaluaciones NO se basarán únicamente en el material aquí presentado. En caso de presentar alguna duda o sugerencia le pedimos se acerque al profesor, quien con gusto estará para atenderle. Ultima actualización en enero 2024