Tema 1. Introduccion a la bioquimica y biologia molecular PDF

Tema 1 Introducción a la bioquímica y biología molecular Dra. Ana M. Jiménez-García [email protected] Índice 1. Introducción a la bioquímica y biología molecular 2. Fundamentos químicos 3. Bioelementos y biomoléculas 4. Agua 5. Técnicas básicas en Biología Ce...

Tema 1 Introducción a la bioquímica y biología molecular Dra. Ana M. Jiménez-García [email protected] Índice 1. Introducción a la bioquímica y biología molecular 2. Fundamentos químicos 3. Bioelementos y biomoléculas 4. Agua 5. Técnicas básicas en Biología Celular y Bioquímica 1. Introducción a la bioquímica y biología molecular El objetivo de la bioquímica es el de explicar, en términos químicos, las estructuras y las funciones de los seres vivos. Es decir, la bioquímica estudia a los seres vivos a nivel molecular. Ramas: Bioquímica estructural: Estudia la forma tridimensional de moléculas biológicas, como proteínas y ADN, y cómo su estructura afecta su función. Bioquímica metabólica: Analiza los procesos químicos que permiten a los organismos obtener energía y construir tejidos a través de rutas metabólicas. Bioquímica enzimática: Investiga cómo las enzimas catalizan reacciones bioquímicas y su papel en el metabolismo celular. Bioquímica molecular: Se enfoca en las interacciones entre moléculas como el ADN, ARN y proteínas, que controlan la actividad celular y la expresión génica.  2. Fundamentos químicos 2.1. El átomo La unidad fundamental de la materia es el átomo. Partes: Esta es una partícula de tamaño muy reducido (10-8cm) que está constituida por subpartículas: - El protón (carga positiva) Núcleo (contiene casi toda la masa del átomo) - El neutrón (carga 0) - El electrón (carga negativa) Corteza Carga del átomo. En condiciones normales, los átomos no presentan una carga neta (= protones y electrones). Sin embargo, existen átomos cargados (iones) con diferencia de carga. - Carga positiva (- electrones) = Cationes - Carga negativa (+ electrones) = Aniones  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas Cada elemento químico está formado por un tipo átomo que se diferencia en el número de protones que tiene en el núcleo (núcleo atómico o Z) y que define a cada elemento. Una molécula es un conjunto de uno o más átomos unidos por enlaces químicos. Estas pueden estar formadas por átomos del mismo elemento (O2) o diferentes (H2O), lo que se denominaría compuesto. A su vez, cuando las moléculas cambian o se combinan para formar otras nuevas, ocurre una reacción química. Por ejemplo, cuando quemas madera, los átomos de oxígeno del aire se combinan con los átomos de carbono de la madera, y eso produce calor y nuevas sustancias (como el dióxido de carbono). La configuración electrónica de cada elemento es lo que va a determinar su reactividad (regla del octeto).  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas La regla del octeto dice que los átomos son más estable cuando consiguen 8 electrones en la capa de valencia. Esta configuración se asemeja a la de los gases nobles, que son naturalmente estables. El hidrógeno posee un electrón en su capa de valencia y el gas noble más cercano es el helio que posee dos electrones. Cuando el hidrógeno se une a otros átomos, llena su capa de valencia con dos electrones, lo que también se conoce como regla del dueto. El agua es esencial para las reacciones bioquímicas, y su estructura dipolar está relacionada con la regla del octeto. En el ejemplo del agua, el oxígeno se rodea con ocho electrones, mientras los hidrógenos se llenan con dos electrones. No obstante, recordemos que esta regla tiene también excepciones (óxido de nitrógeno, trifluoruro de boro, trióxido de azufre)  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer electrones hacia sí mismo cuando está formando un enlace químico con otro átomo. Los átomos con más electrones en su última capa son más electronegativos (oxígeno o cloro). La electronegatividad se mide con una escala llamada escala de Pauling. La electronegatividad explica por qué algunos átomos comparten electrones de forma equilibrada y otros no, lo que determina el tipo de enlace. ❑ Enlace Covalente: Los átomos comparten electrones para completar sus capas externas. Ejemplo: Molécula de agua (H₂O): El oxígeno comparte electrones con dos átomos de hidrógeno. El enlace covalente mantiene unidas las moléculas de agua, esenciales para la vida y para la función de biomoléculas. ❑ Enlace Iónico (Transferencia de electrones): Un átomo cede electrones y otro los recibe, generando una atracción entre cargas opuestas. Ejemplo: Sal (NaCl): El sodio dona un electrón al cloro, formando un enlace iónico. Los iones Na⁺ y Cl⁻ son esenciales para el equilibrio electrolítico y las funciones nerviosas y musculares.3. ❑ Enlace Metálico (Electrones compartidos entre muchos):Los electrones se comparten entre muchos átomos de metal, formando una "nube" de electrones. Ejemplo: Los átomos de hierro (Fe) comparten electrones, lo que permite la conductividad eléctrica y térmica. Metales como el hierro son vitales en la hemoglobina para el transporte de oxígeno en la sangre.  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas  2. Fundamentos químicos 2.2. Las moléculas La polaridad de una molécula se refiere a la distribución desigual de cargas eléctricas en su estructura, lo que da lugar a un dipolo eléctrico, con un extremo positivo y otro negativo. Cuando dos átomos de electronegatividades muy diferentes forman un enlace covalente, los electrones no son compartidos en igual medida por los dos átomos, de forma que serán atraídos con más fuerza por el más electro negativo. Esto forma un enlace covalente polar, que es un tipo de enlace en el cual los electrones compartidos entre dos átomos no están distribuidos equitativamente, debido a la diferencia en la electronegatividad de los átomos involucrados. Ejemplos: - Agua (H₂O): El agua tiene una forma angular debido a los pares de electrones no enlazantes en el oxígenoEl oxígeno tiene una carga parcial negativa (s-) y los hidrógenos tienen una carga parcial positiva. - Proteínas: Grupos Funcionales Polares: Los grupos -OH (hidroxilo) y -NH₂ (amino) en aminoácidos contribuyen a la polaridad de las proteínas.  2. Fundamentos químicos 2.3. Interacción entre biomolécula Los grupos funcionales son las diferentes asociaciones entre átomos que proporcionan características funcionales a las moléculas. Los grupos funcionales son conjuntos de átomos unidos de manera específica en una molécula que determinan sus propiedades químicas y reactividad. Actúan como el "componente activo" de las moléculas y son responsables de muchas de sus funciones biológicas y químicas. Los grupos funcionales determinan las interacciones entre biomoléculas.  2. Fundamentos químicos 2.3. Interacción entre biomolécula Grupos funcionales compuestos con oxígeno: ❑ Grupo Hidroxilo (-OH): Un grupo hidroxilo consiste en un átomo de oxígeno unido a un átomo de hidrógeno. Ejemplo: Alcoholes (como el etanol) y azúcares. Polares, pueden formar enlaces de hidrógeno. Los grupos hidroxilo en los carbohidratos permiten la formación de enlaces glucosídicos, esenciales para la estructura de los azúcares. ❑ Grupo Carbonilo (C=O): Un grupo carbonilo tiene un átomo de carbono doblemente unido a un átomo de oxígeno. Ejemplo: Cetonas (como la acetona) y aldehídos (como el formaldehído). Polares, reactivos en muchas reacciones químicas. En proteínas, el grupo carbonilo participa en la formación de enlaces peptídicos, cruciales para la estructura de las proteínas. ❑ Grupo Carboxilo (-COOH): Un grupo carboxilo consta de un grupo carbonilo unido a un grupo hidroxilo. Ejemplo: Ácidos carboxílicos (como el ácido acético en el vinagre). Polar (Ácido), puede donar protones en soluciones acuosas. Participa en la formación de enlaces peptídicos y en la estructura de aminoácidos y ácidos nucleicos.  2. Fundamentos químicos 2.3. Interacción entre biomolécula Grupos funcionales compuestos con nitrógeno: ❑ Grupo Amino (-NH₂): Un grupo amino está compuesto por un átomo de nitrógeno unido a dos átomos de hidrógeno. Ejemplo: Aminoácidos. Polar (Básico), puede formar enlaces de hidrógeno. Los grupos amino forman enlaces peptídicos en las proteínas y son esenciales para la función enzimática. Grupos funcionales compuestos con fósforo: ❑ Grupo Fosfato (-PO₄³⁻): Un grupo fosfato tiene un átomo de fósforo central rodeado por cuatro átomos de oxígeno. Ejemplo: ATP (adenosín trifosfato). Polar (ácido). Altamente negativo, importante en la transferencia de energía. El ATP utiliza grupos fosfato para almacenar y transferir energía en las células. Grupos funcionales compuestos con azufre: ❑ Grupo Sulfhidrilo (-SH): Un grupo sulfhidrilo consiste en un átomo de azufre unido a un átomo de hidrógeno. Ejemplo: Cisteína (un aminoácido). Polar. Puede formar enlaces disulfuro, que son importantes para la estructura de las proteínas. Los enlaces disulfuro estabilizan la estructura terciaria y cuaternaria de las proteínas.  2. Fundamentos químicos 2.3. Interacción entre biomolécula Las interacciones entre biomoléculas son fuerzas que mantienen unidas o conectadas a moléculas biológicas como proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos. Estas interacciones son esenciales para que las biomoléculas realicen sus funciones correctamente dentro de las células y tejidos. ❑ Puentes de hidrógeno: Fuerzas de atracción débiles que ocurren cuando un átomo de hidrógeno interactúa con átomos electronegativos como oxígeno o nitrógeno. ❑ Interacciones hidrofóbicas: Interacciones que no presentan naturaleza electroestática. Ejemplo: Formación de membranas celulares. Los fosfolípidos tienen una cabeza hidrofílica (atraída por el agua) y una cola hidrofóbica (rechaza el agua). En un entorno acuoso, las colas hidrofóbicas se agrupan para formar la bicapa lipídica, que constituye la membrana celular. ❑ Enlaces iónicos: Atracción entre iones con cargas opuestas (catión + y anión -). Ejemplo: En la digestión, las enzimas digestivas, como la pepsina, utilizan interacciones iónicas para unirse a los sustratos y descomponer proteínas. Ayuda a mantener la estructura de las proteínas y facilita su función biológica, como enzimática o estructural. ❑ Fuerzas de Van der Waals: Fuerzas muy débiles que ocurren entre todas las moléculas, basadas en la fluctuación de cargas temporales. Ejemplo: Interacciones entre moléculas no polares en proteínas. Aunque débiles, estas fuerzas ayudan a estabilizar la estructura tridimensional de las proteínas. Contribuyen a la flexibilidad y estabilidad de las proteínas y otras moléculas en el cuerpo.  2. Fundamentos químicos 2.4. Los enlaces Otro tipo de enlace es el enlace de hidrógeno. Este es una fuerza de atracción débil que ocurre cuando un átomo de hidrógeno (H) está unido a un átomo muy electronegativo (como oxígeno, nitrógeno o flúor) y es atraído por otro átomo electronegativo cercano. Son esenciales para muchas funciones biológicas. ❑ En una molécula del agua (H₂O), el átomo de oxígeno es muy electronegativo, lo que hace que el átomo de hidrógeno quede ligeramente positivo. Los átomos de hidrógeno de una molécula de agua se atraen hacia los átomos de oxígeno de otras moléculas de agua, formando enlaces de hidrógeno. Esto da lugar a las propiedades especiales del agua, como su capacidad para formar puentes de hidrógeno que contribuyen a su estado líquido a temperatura ambiente. ❑ Estructura del ADN: Los enlaces de hidrógeno mantienen juntas las dos cadenas de la doble hélice del ADN. Las bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) se aparean mediante enlaces de hidrógeno. Ejemplo: Adenina (A) se une a Timina (T) mediante 2 enlaces de hidrógeno, y Guanina (G) se une a Citosina (C) mediante 3 enlaces de hidrógeno. ❑ Los enlaces de hidrógeno son clave en la estructura secundaria de las proteínas, como en las hélices alfa y las láminas beta, que permiten que las proteínas adopten su forma funcional.  2. Fundamentos químicos 2.5. Interacción entre biomolécula Algunos ejemplos prácticos en medicina. ❑ Proteínas: Las interacciones no covalentes (como los enlaces de hidrógeno, iónicos y fuerzas de Van der Waals) son cruciales para que las proteínas mantengan su estructura terciaria y se plieguen correctamente. Si una proteína no se pliega bien, puede perder su función, lo que está relacionado con enfermedades como el Alzheimer o la fibrosis quística. ❑ Farmacología: Muchos fármacos funcionan imitando o interfiriendo con las interacciones moleculares. Un medicamento como el ibuprofeno se une a la enzima COX (ciclooxigenasa) mediante interacciones no covalentes para bloquear la producción de prostaglandinas, que causan inflamación. ❑ Ácidos Nucleicos: Las interacciones no covalentes son fundamentales para la replicación y transcripción del ADN. Por ejemplo, los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas son fáciles de romper para que el ADN pueda desenrollarse y replicarse.  2. Fundamentos químicos 2.5. Interacción entre biomolécula Células y orgánulos 3er nivel Complejos supramoleculares Membrana plasmática Cromosomas Enlaces no covalentes Pared celular 2do nivel Macromoleculares ADN Celulosa Enlaces covalentes Proteínas 1er nivel Unidades monoméricas Nucleótidos Aminoácidos Carbohidratos  3. Bioelementos y biomoléculas 3.1. Bioelementos Bioelementos Primarios Secundarios Oligoelementos 96-98% 2-4% 0.1% Na, K, Ca, Mg, C-H-O-N-P-S Fe, Cu, Zn, F, I Cl  3. Bioelementos y biomoléculas 3.1. Bioelementos Bioelementos Primarios: Constituyen la mayor parte de la masa de los organismos y forman parte de las biomoléculas principales. ❑ Carbono (C): Forma la columna vertebral de las biomoléculas. Está presente en carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Es el bioelemento que sustenta la vida química. ❑ Las biomoléculas orgánicas se fundamentan en la química del carbono basada en la construcción de largas cadenas de carbono enlazadas covalentemente entre sí y a las que se unen átomos de otros elementos para formar los distintos grupos funcionales. ❑ El carbono forma estructuras muy estables gracias a su capacidad de unión con hasta cuatro enlaces covalentes que permiten el desarrollo de complejas cadenas (estructuras tetraédricas). ❑ Los bioelementos primarios forman entre ellos enlaces covalentes con facilidad, siendo más estables cuanto menor sea la masa atómica de los átomos de estos bioelementos. ❑ También pueden formar dobles y triples enlaces que general más variabilidad de moléculas. ❑ Al oxidarse liberan energía (ATP) que es aprovechada para las funciones vitales.  3. Bioelementos y biomoléculas 3.1. Bioelementos Bioelementos Primarios: Constituyen la mayor parte de la masa de los organismos y forman parte de las biomoléculas principales. - Carbono (C): Forma la columna vertebral de las biomoléculas. Está presente en carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. - Hidrógeno (H): Componente de los enlaces en biomoléculas. Presente en agua y en todos los compuestos orgánicos. - Oxígeno (O): Parte del agua y de muchos grupos funcionales en biomoléculas. Importante en la respiración celular. - Nitrógeno (N): Componente de aminoácidos y ácidos nucleicos. Fundamental para proteínas y ADN. - Fósforo (P): Componente clave en los ácidos nucleicos y en moléculas de energía como el ATP. El fósforo es crucial para la formación de enlaces fosfodiéster en el ADN y ARN, y para el almacenamiento y transferencia de energía en el ATP. - Azufre (S): Componente de ciertos aminoácidos y vitaminas. El azufre está presente en aminoácidos como la cisteína y metionina, y es esencial para la formación de enlaces disulfuro que estabilizan la estructura de las proteínas.  3. Bioelementos y biomoléculas 3.1. Bioelementos Bioelementos Secundarios: Están presentes en menor cantidad pero son cruciales para diversas funciones biológicas. - Calcio (Ca): Importante para la formación de huesos y dientes, contracción muscular y función enzimática. - Potasio (K): Crucial para la función de nervios y músculos, y el equilibrio de líquidos. - Sodio (Na): Regula el equilibrio de líquidos y es vital para la función de nervios y músculos. - Magnesio (Mg): Actúa como cofactor en muchas reacciones enzimáticas y es importante para la síntesis de ATP. Oligoelementos: Se encuentran en trazas pero son igualmente esenciales para la salud y funcionamiento de los organismos. - Hierro (Fe): Componente de la hemoglobina, esencial para el transporte de oxígeno. - Zinc (Zn): Actúa como cofactor en numerosas enzimas y es crucial para la función inmunitaria. - Cobre (Cu): Importante para la formación de glóbulos rojos y el mantenimiento del sistema nervioso.  3. Bioelementos y biomoléculas 1.2. Biomoléculas La bioquímica de las células presenta constituyentes orgánicos (exclusivas de la materia viva) e inorgánicos (presentes en materia vive e inerte) Orgánicos Inorgánicos Ácidos Sales Proteínas Carbohidratos Lípidos Agua nucleicos minerales  4. El agua El agua es el medio líquido fundamental en el que se va a desarrollar la mayor parte de las reacciones químicas en la célula, siendo el principal disolvente biológico. El 70% del cuerpo humano es agua* (60-65% dentro de las células, 25% intersticio y 8% en el plasma principalmente), y este líquido es esencial para: ▪ Regular la temperatura corporal a través de la sudoración. ▪ Transportar nutrientes y oxígeno a las células. ▪ Eliminar productos de desecho mediante la orina. ▪ Mantener las membranas celulares hidratadas y las articulaciones lubricadas. ▪ Participar en las reacciones bioquímicas, como la digestión y la producción de energía. El agua tiene un balance de distribución: ▪ Debemos incorporar entre 2,5- 3 litros de agua al día que se ingieren a través de la ingesta o mediante el agua metabólica (oxidaciones dentro de la célula). ▪ Perdemos agua al día en la orina, en la defecación, cuando hablamos o cuando sudamos. ▪ El balance puede verse afectado por las condiciones climatológicas o personales (enfermedad). Nota. Este porcentaje puede variar según la edad, sexo, el tejido y cantidad de tejido adiposo. 4. El agua La deshidratación es el estado en el que el cuerpo pierde más agua de la que ingiere, lo que provoca una alteración en el equilibrio de fluidos y electrolitos. El agua es esencial para mantener las funciones vitales del cuerpo, y cuando no hay suficiente agua disponible, muchos procesos se ven afectados negativamente. La deshidratación ocurre cuando el cuerpo pierde demasiada agua o no la ingiere en cantidades suficientes. Esto puede suceder por: Sudoración excesiva (por ejercicio, fiebre o calor), diarrea o vómitos, orina excesiva (como en pacientes con diabetes descontrolada o por el uso de ciertos diuréticos) o ingesta insuficiente de líquidos. La molécula de agua (H₂O) es la base de todos los líquidos corporales, y su pérdida afecta tanto el volumen como el equilibrio de electrolitos como el sodio, potasio, y cloro, que son esenciales para la función celular. Caso clínico: Síndrome hiperosmolar. 4. El agua Tipo de Causas Síntomas Características Tratamiento Deshidratación Principales Principales Reposición con Diarrea, vómitos, Sed, hipotensión, Pérdida igual de soluciones Isotónica quemaduras, taquicardia, orina agua y sodio isotónicas (suero hemorragias concentrada salino 0.9%) Sudoración Reposición lenta Pérdida de más Sed extrema, excesiva, fiebre con soluciones Hipertónica agua que sodio, confusión, piel alta, diabetes hipotónicas (salina hipernatremia seca insípida 0.45%) Diarrea Pérdida de más prolongada, Dolor de cabeza, Reposición con Hipotónica sodio que agua, ejercicio edema, confusión, soluciones salinas hiponatremia prolongado sin convulsiones hipertónicas (3%) electrolitos  4. El agua 4.1. Estructura molecular del agua La molécula de agua se dispone en el espacio en forma de tetraedro irregular. Está compuesta por hidrógeno y oxígeno. La molécula de agua pura es neutra. 104.5º Se comporta como un dipolo eléctrico (asimetría eléctrica): - El oxígeno tiene una ligera carga negativa (δ-). - Los hidrógenos tienen una ligera carga positiva (δ+). La distribución de las cargas y la geometría de la molécula de agua (104.5º) favorecen una fuerte interacción entre una molécula y sus vecinas mediante puentes de hidrógeno. Este tipo de enlace débil permite la formación y ruptura continua de los enlaces, lo que otorga al agua su naturaleza líquida.  4. El agua 4.2. Propiedades físico-químicas Estabilización por Puentes de Hidrógeno es responsable de: Elevado calor específico. Alto calor latente de vaporización. Altos puntos de fusión y ebullición. Conductividad térmica peculiar. Alta densidad y tensión superficial. Capacidad Disolvente: Gracias a los enlaces de hidrógeno, el agua puede interaccionar con moléculas polares no iónicas, disolviéndolas. El agua puede disolver una gran cantidad de sustancias, lo que le confiere propiedades coligativas (dependen del número de partículas de soluto por volumen de disolvente.).  4. El agua 4.3. Funciones del agua Disolvente: Permite la disolución de una amplia variedad de sustancias. Facilita las reacciones químicas en el interior del organismo. Fenómenos Osmóticos: Responsable de los fenómenos osmóticos que regulan el equilibrio de fluidos dentro y fuera de las células. Transporte de Sustancias: Facilita el transporte de nutrientes a las células. Permite la eliminación de productos de desecho del organismo.  4. El agua 4.4. Disociación iónica del agua La formación y rotura de los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua es constante a temperatura fisiológica. El agua puede comportarte de forma diferente. Eso se ve en su disociación. El agua puede separarse en iones de manera espontánea. Esto significa que, en ciertas condiciones, una pequeña cantidad de moléculas de agua (H₂O) se descompone o separa en dos partes: iones hidrógeno (H⁺) y iones hidróxido (OH⁻). Esta disociación es clave para que el agua sea neutra, es decir, tenga un pH de 7. Permite que el agua pueda conducir electricidad en ciertas condiciones.  4. El agua 4.4. Disociación iónica del agua Ligera disociación del agua (H₂O): ❑ El agua se disocia ligeramente en iones: H⁺ y OH⁻. ❑ [H₂O] permanece constante, no varía. Constante de equilibrio (Kd): ❑ Kd · [H₂O] = Kw (Producto iónico del agua). ❑ Kw a 15ºC = 10⁻¹⁴. Producto iónico del agua (Kw): ❑ Kw = [H⁺] · [OH⁻] = 10⁻¹⁴. Esto significa que en agua pura: [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M. El agua es neutra porque las concentraciones de H⁺ y OH⁻ son iguales. Como [H⁺] = [OH⁻], el agua tiene un pH neutro (pH = 7), ya que la concentración de H⁺ es 10⁻⁷.  4. El agua 4.5. Concepto de pH y neutralidad del agua “Grado de acidez o alcalinidad de una solución” El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de protones (H⁺): Ejemplo en agua pura: pH en agua pura = 7 (neutro). - Producto iónico del agua: - Neutralidad – ácido/base: Los fluidos intracelulares y extracelulares deben mantener el pH en niveles fisiológicos. Ejemplo: El pH en plasma sanguíneo es de aproximadamente 7.4. Variaciones en este pH pueden tener consecuencias médicas importantes. Si el pH baja de 7 (más ácido), o sube de 7 (más básico), pueden ocurrir problemas médicos.  4. El agua 4.5. Concepto de pH y neutralidad del agua  4. El agua 4.5. Concepto de pH y neutralidad del agua Teoría de Brønsted-Lowry: Ácidos y Bases ¿Qué es un Ácido? Un ácido es una sustancia que cede protones (H⁺). Ácido débil: Tiene alta afinidad por el protón, no se disocia fácilmente. Ejemplo: Ácidos orgánicos. Ácido fuerte: Baja afinidad por el protón, se disocia fácilmente. Ejemplos: H₂SO₄ (Ácido sulfúrico) y HCl (Ácido clorhídrico). ¿Qué es una Base? Una base es una sustancia que acepta protones (H⁺).  4. El agua 4.5. Concepto de pH y neutralidad del agua Teoría de Brønsted-Lowry: Ácidos y Bases Ácido-Base Conjugado: Pares conjugados ácido-base que amortiguan y evitan cambios bruscos de pH en el medio donde se encuentran. En una disolución de ácido débil, encontraremos el par ácido-base conjugado: Ácido disociado (A⁻) junto con el ácido no disociado (AH).  4. El agua 4.5. Concepto de pH y neutralidad del agua Teoría de Brønsted-Lowry: Ácidos y Bases. Constante de Equilibrio (Ka). La Ka mide qué tan fácilmente un ácido se disocia en sus iones: 𝐴− [𝐻+] Ka= [𝐴𝐻] ¿Qué es el pKa? El pKa es el logaritmo negativo de la constante de equilibrio de disociación de un ácido (Ka): Es un número que mide lo fuerte que es un ácido o una base. Cuando pH = pKa, significa que las concentraciones de ácido y base conjugada son iguales, es decir, el ácido y la base están en equilibrio: [Ácido] = [Base]  4. El agua 4.6. Sistema tampón ¿Qué es un Sistema Tampón? Un sistema tampón es un par ácido-base que amortigua los cambios en el pH. La zona tampón se encuentra en una región relativamente plana de la curva de valoración, donde el pH cambia muy poco aunque se añadan ácidos o bases. Funcionamiento del Sistema Tampón: - Dentro de la zona tampón, el sistema se opone a los cambios bruscos de pH: Al añadir ácido (H⁺) o base (OH⁻), el pH se mantiene estable. - Fuera de la zona tampón, cualquier cambio en la concentración de H⁺ o OH⁻ provoca cambios bruscos en el pH. Capacidad Tampón: La capacidad tampón es máxima en torno al pK del ácido. En esta región, el sistema tampón es más eficiente. Sistemas Tampón Fisiológicos: Los fluidos intracelulares y extracelulares necesitan sistemas tampón para mantener el pH en niveles saludables.  4. El agua 4.6. Sistema tampón La capacidad tampón es máxima en torno al pK de ese ácido. Los fluidos intracelulares y extracelulares necesitan a los sistemas tampón para mantener el pH de los organismos. Hay varios sistemas tampón que mantienen el pH del organismo a niveles fisiológicos, de entre los cuales destacan principalmente dos: - Sistema carbonato: H₂CO₃/HCO₃⁻ con un pK = 6.1 (Medio extracelular). - Sistema fosfato: H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ con un pK = 7.2 (Medio intracelular).  4. El agua 4.6. Sistema tampón Sistema Tampón Bicarbonato Relación con la Respiración: - El CO₂ disuelto en los capilares (producto de la respiración) es parte del sistema tampón. - El CO₂ se disuelve en agua y forma un equilibrio importante para mantener el pH. Equilibrios de Disociación: - El sistema tampón del bicarbonato sigue dos equilibrios de disociación (figura) - Cualquier cambio en una de las especies afecta a las demás para mantener el equilibrio.  4. El agua 4.6. Sistema tampón Ecuación de Henderson-Hasselbalch - Esta ecuación nos permite conocer la relación entre el pH y las concentraciones de los componentes ácido-base del sistema tampón:  4. El agua 4.6. Sistema tampón Ecuación de Henderson-Hasselbalch  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.1. Microscopía Microscopio óptico Microscopio electrónico Utiliza la luz para observar células vivas y tejidos Proporciona mayor resolución usando electrones teñidos para observar detalles ultraestructurales de las células.  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.1. Microscopía Microscopio de contraste de fase Es una variante del microscopio óptico que permite visualizar células vivas y sin teñir. Este tipo de microscopio convierte las diferencias de fases (no visibles para el ojo humano), en diferencias de intensidades (que si son visibles). Especialmente útil para observar detalles de la morfología celular y procesos dinámicos en células vivas (división celular).  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.1. Microscopía Microscopio de fluorescencia Es una variante del microscopio óptico que utiliza fluoróforos (moléculas que emiten luz fluorescente cuando se excitan con luz de una longitud de onda específica) para visualizar componentes específicos de la célula. Este tipo de microscopio es extremadamente valioso para localizar y cuantificar moléculas (proteínas, ácidos nucleicos, entre otros). Se usan en técnicas como la inmunofluorescencia, donde los anticuerpos específicos marcados con fluoróforos se unen a moléculas de interés.  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.2. Técnicas de Análisis Bioquímico Cromatografía Separa componentes de una mezcla basada en su afinidad por fases estacionarias y móviles. La fase estacionaria es la fase inmóvil a través de la cual pasa la fase móvil. Permite ralentizar los diferentes componentes de la mezcla que se separa, dependiendo de la afinidad de cada componente hacia la fase estacionaria. Los componentes con mayor afinidad se moverán más lentamente a través de esta fase. La fase movil es la fase que se desplaza a través de las fase estacionaria, llevando consigo los componentes de la muestra. La fase movil arrastra los componentes de la muestra. La velocidad con la que cada componente se mueve depende de su interacción con ambas fases. Los componentes con menor afinidad la fase estacionaria (y menos por la movil) se moverán más https://www.youtube.com/watch? rápidamente. v=qcuJpsWagE8&ab_channel=M OOCAgrotech Útil en la purificación de proteínas y ácidos nucleicos.  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.2. Técnicas de Análisis Bioquímico Electroforesis Separa moléculas (como proteínas y ADN) en un gel bajo la influencia de un campo eléctrico. Usado para análisis de tamaño y carga. Permite separar moléculas, especialmente ácidos nucleicos en el ADN o ARN, o proteínas, comúnmente un gel de agarosa o poliacrilamida, que actúa como matriz para que las moléculas migran bajo la influencia de un campo eléctrico. Las muestras que se desean analizar se mezclan con un buffer de carga que les otorga peso y color, facilitando su visualización y asegurando que se hundan en los pocillos formados en el gel. Una vez cargados en el gel, se aplica un campo eléctrico migrando en función de su tamaño a través del gel (las más pequeñas se moverán más rápido). Durante la migración el gel actúa como una especie de “tamiz molecular” permitiendo la separación de las moléculas en función de sus propiedades físicas. La posición de las bandas se compara con un marcador de peso molecular conocido.  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.2. Técnicas de Análisis Bioquímico Espectrofotómetro Un espectrofotómetro es un instrumento utilizado para medir cómo una sustancia absorbe o transmite luz en diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético, principalmente en el rango ultravioleta, visible e infrarrojo cercano. Funciona al emitir luz a través de una muestra y medir la cantidad de luz absorbida o transmitida por la sustancia. Este proceso es fundamental para analizar la concentración de sustancias químicas en una solución, como proteínas, ácidos nucleicos, y otros compuestos. La longitud de onda depende de la naturaleza de la muestra y del tipo de análisis que se realice (por ejemplo, las proteínas se analizan a 280 nm, mientras que los ácidos nucleicos se miden a 260 nm).  5. Técnicas básicas en biología molecular 5.2. Técnicas de Análisis Bioquímico ELISA La técnica ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) es un método bioquímico utilizado para detectar y cuantificar la presencia de anticuerpos, antígenos, proteínas y otras moléculas en una muestra, como sangre o suero. Funciona utilizando una reacción de anticuerpo-antígeno. Se inmoviliza un antígeno o anticuerpo en una placa y, tras añadir la muestra, se genera una reacción enzimática visible (generalmente un cambio de color), que es proporcional a la cantidad de la sustancia objetivo presente en la muestra. La técnica puede ser directa o indirecta, sándwich o de competición, dependiendo del objetivo del análisis. ELISA se utiliza en diversas áreas, incluyendo detección de infecciones virales y bacterianas, como el VIH o la hepatitis. También en el diagnóstico de alergias mediante la identificación de anticuerpos específicos. https://www.youtube.com/watch?v=21bCkmy7 K7s&ab_channel=BiologywithAnimations