UNIDAD I - PARTE I - INTRODUCCION PDF

Sede II Semestre Tercero Sección Docente Dra. Andrea López Catedra Bioquímica I Unidad Unidad I Tema INTRODUCCIÓN A LA BIOQUIMICA PARTE I  Programa de estudio UNIDAD I – INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA - Intr...

Sede II Semestre Tercero Sección Docente Dra. Andrea López Catedra Bioquímica I Unidad Unidad I Tema INTRODUCCIÓN A LA BIOQUIMICA PARTE I  Programa de estudio UNIDAD I – INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA - Introducción a la química orgánica y sus funciones. - Composición química de la materia viva. - Bioelementos - Biomoléculas orgánicas e inorgánicas. - Biomoléculas y sus unidades fundamentales 2  I. INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA PARTE 1 Bioq. Qca. Fca. Andrea Elizabeth López Ramírez 3  BIOQUÍMICA Ciencia de la base química de la vida. βιοχημεία Ciencia de los constituyentes químicos (viochimeía) de las células vivas, y de βίος, bios, "vida" las reacciones y los Khymeía "química" procesos que experimentan. La célula es la unidad básica estructural de la vida 4  BIOQUÍMICA I REVISIÓN DE CONCEPTOS 1. Define: Célula. 2. Tipos de células. 3. Características de las células eucariotas. 4. Partes de una célula. Describe cada una de ellas. 5. Funciones de la célula 5  OBJETIVOS DE LA BIOQUÍMICA Describir y explicar, en términos moleculares, todos los procesos químicos de las células vivas. Ayudar a entender los orígenes de la vida sobre la Tierra. Integrar el conocimiento bioquímico en aras de mantener la salud, entender las enfermedades y tratarlas con eficacia. 6  La disciplina de la bioquímica se desenvolvió cuando fueron iniciados los estudios de las moléculas de células, tejidos y líquidos corporales. Los bioquímicos han buscado aislar las muchas moléculas que se encuentran en las células, determinar su estructura y analizar cómo funcionan. Se han usado muchas técnicas para estos propósitos. 7  LA BIOQUÍMICA Y OTRAS CIENCIAS. El conocimiento de la bioquímica es esencial para todas las ciencias de la vida. FISIOLOGÍA INMUNOLOGÍA BIOQUIMICA BIOLOGÍA GENÉTICA PATOLOGÍA TOXICOLOGIA MOLECULAR MEDICINA MICROBIOLOGÍA FARMACOLOGÍA ZOOLOGÍA BOTÁNICA 8 La vida como se le conoce, depende de reacciones y procesos bioquímicos.  BIOQUÍMICA Y MEDICINA La relación recíproca entre la bioquímica y la medicina ha estimulado avances mutuos Los estudios bioquímicos han esclarecido muchos aspectos de la salud y la enfermedad, y a la inversa, el estudio de diversos aspectos de la salud y la enfermedad ha abierto nuevas áreas en la bioquímica. 9  BIOQUÍMICA Y MEDICINA Por ejemplo, el conocimiento de la estructura y la función de las proteínas fue necesario para dilucidar la diferencia bioquímica única entre la hemoglobina normal y la de células falciformes. Por otra parte, el análisis de la hemoglobina de células falciformes ha contribuido de manera significativa al entendimiento de la estructura y la función tanto de la hemoglobina como de otras proteínas normales. 10  Archibald Garrod, médico que ejerció en Inglaterra a principios del siglo XX, quien estudió a pacientes con diversos trastornos hasta cierto punto raros: - Alcaptonuria - Albinismo - Cistinuria - Pentosuria Y estableció que estas enfermedades estaban determinadas por mecanismos genéticos. Archibald Garrod Designados como errores congénitos del metabolismo (metabolopatías). Médico británico, uno de Sus ideas proporcionaron un importante fundamento para el los pioneros en el campo de los errores congénitos desarrollo de la: del metabolismo. Genética bioquímica humana. 11  ALCAPTONURIA: Causada por un defecto en el gen HGD, que hace que el cuerpo sea incapaz de descomponer en forma apropiada ciertos aminoácidos (tirosina y fenilalanina). En consecuencia, una sustancia llamada ácido homogentísico se acumula en la piel y otros tejidos corporales. ALBINISMO: Causado por mutaciones en diferentes genes, que produce una reducción o ausencia total del pigmento melánico (melanina) de ojos, piel y pelo. CISTINURIA: Afección donde se forman cálculos de un aminoácido llamado cistina en el riñón, el uréter y la vejiga. PENTOSURIA: Es un error congénito del metabolismo que se caracteriza por la excreción de 1 a 4 g. de pentosa L-xilulosa en la orina por día. 12  Mientras el tratamiento médico esté fundamentado con firmeza en el conocimiento de la bioquímica y otras ciencias básicas, la práctica de la medicina tendrá una base racional capaz de adaptarse para dar cabida al nuevo conocimiento. 13  Hoy en día, la practica de la medicina depende de la comprensión, de reglas e interacciones del enorme número de diferentes sustancias que permiten el funcionamiento del cuerpo. Esta tarea es menos ardua o complicada para quienes conocen las propiedades, la nomenclatura y la función de las clases de compuestos como carbohidratos y enzimas. La nomenclatura utilizada para describir pacientes puede influir en el nombre de una clase de componente. Por ejemplo: Un paciente con: HIPERGLICEMIA Hiper: Elevado Glic: Carbohidrato (glucosa) Emia: En sangre En orina: Glucosuria Elevada concentración de glucosa en sangre. En LCR: Glucorraquia 14  ENFERMEDADES Y SUS BASES BIOQUÍMICAS Casi todas las enfermedades, (si no es que todas), son manifestaciones de anormalidades de moléculas, reacciones químicas o procesos bioquímicos. Los principales factores que causan enfermedades en animales y seres humanos afectan una o más reacciones químicas o moléculas cruciales en el cuerpo. 15  Desde el punto de vista bioquímico la mayoría de las enfermedades metabólicas son causadas por enzimas y por otras proteínas que presentan un mal funcionamiento, que es corregido por los fármacos utilizados para tratar tales enfermedades. Individuos con ATEROSCLEROSIS, que tienen Incluso una infección bacteriana puede ser niveles de colesterol elevados, son tratados considerada una enfermedad de función con fármacos (estatinas) que inhiben una proteica, pues puede considerarse a las toxinas enzima (HMG-CoA reductasa (3-hidroxi-3- bacterianas como proteínas. Las enzimas son metil-glutaril-CoA reductasa), en la vía para afectadas por esas toxinas y la respuesta la síntesis de colesterol. inmune, durante la tentativa de destruir las bacterias, también utilizan estructuras proteicas. 16 BIOQUÍMICA EN EL DIAGNÓSTICO Y TRATAMIENTO DE LA ENFERMEDAD El campo de la bioquímica clínica, se relaciona principalmente con el uso de pruebas bioquímicas para ayudar al diagnóstico de la enfermedad, y al manejo general de pacientes que presentan diversos trastornos. 17  QUÍMICA BÁSICA PRUEBA DIAGNÓSTICA 18  CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA 19  EL ÁTOMO Un átomo es la partícula más pequeña de materia que puede existir libre conservando las propiedades fisicoquímicas características de ese elemento y que es capaz de intervenir en reacciones químicas. Toda la materia, incluyendo a los seres vivos, está compuesta por distintos átomos. 20  ESTRUCTURA DEL ÁTOMO NÚCLEO DEL ÁTOMO En la estructura del átomo encontramos una región central muy densa formada por dos tipos de partículas. Ambos le otorgan masa al núcleo. PROTONES son partículas con carga positiva. NEUTRONES no están cargados. Los neutrones contribuyen a mantener la estabilidad del núcleo y también impiden que las cargas de los protones se repelan y provoquen la desintegración del núcleo. 21  ESTRUCTURA DEL ÁTOMO ORBITALES DEL ÁTOMO Son las zonas del espacio cercana al núcleo donde hay mayor probabilidad de encontrar electrones. ELECTRONES: partículas cargadas negativamente llamadas que giran alrededor del núcleo Los orbitales se organizan en niveles de energía. A medida que nos alejamos del núcleo los niveles de energía aumentan, de manera que los electrones cercanos al núcleo poseen menor nivel Menor Mayor energía energía de energía que los que se encuentran alejados. 22  LOS ELECTRONES Los electrones de los niveles de energía más externos son los que determinan la capacidad de reaccionar químicamente (electrones de valencia) En estado elemental o no combinado el átomo es eléctricamente neutro, ya que posee igual número de electrones que de protones. 23  NÚMERO ATÓMICO (Z) Es el número total de protones. Los átomos de distintos elementos químicos poseen un número característico de protones. NÚMERO MÁSICO (A) Es la suma de protones y neutrones (no se tiene en cuenta a los electrones ya que su masa es despreciable). 24 23 (neutrones + protones) – 11 protones = 12 neutrones  ISÓTONOS ÁTOMOS DE ELEMENTOS DIFERENTES CON IGUAL NÚMERO DE NEUTRONES (N) 7 neutrones ISÓBAROS ÁTOMOS DE ELEMENTOS DIFERENTES DE IGUAL NÚMERO MÁSICO (A) ISÓTOPOS ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO CON IGUAL NÚMERO DE PROTONES (P) 25  MOLÉCULA Es un grupo eléctricamente neutro y suficientemente estable de al menos dos átomos en una configuración definida, unidos por enlaces químicos fuertes. Los átomos que reaccionan para formar una molécula tienden a adquirir una configuración similar a la del gas REGLA DEL OCTETO: noble, es decir tienden a completar ocho electrones en su nivel más externo. Un átomo diferente del hidrogeno tiende a formar enlaces ganando, perdiendo o Esto es conocido como la regla del octeto, pero como compartiendo electrones, hasta quedar toda regla siempre hay excepciones, el resto de los rodeado por 8 electrones de valencia. átomos no posee esa configuración electrónica por lo tanto son inestables de modo que tienden a reaccionar entre sí. Una molécula compuesta por dos átomos se llama diatómica. 26  UNIONES QUÍMICAS O ENLACES QUÍMICOS Una de las fuerzas impulsoras en la naturaleza es la tendencia de la materia a alcanzar el estado de energía libre más bajo posible, este estado de menor energía implica una mayor estabilidad, en las moléculas los núcleos y los electrones de los átomos interactúan, logrando una mayor estabilidad (ya que tratan de adquirir la configuración electrónica de un gas noble). Los átomos se mantienen unidos formando moléculas por medio de fuerzas, estas reciben el nombre de ENLACES QUIMICOS O UNIONES QUIMICAS. 27  ECUACIONES QUÍMICAS Los átomos reaccionan entre sí formando moléculas, estas reacciones se representan por medio de ecuaciones químicas, en donde se colocan los reactivos (materia prima) y los productos de la reacción y el sentido de la reacción. Estas ecuaciones químicas se balancean de manera que la cantidad de átomos de un elemento en ambos lados de la ecuación, es la misma. Existen distintos tipos de reacciones químicas, las cuales pueden ocurrir tanto en los seres vivos como “ in vitro”. En el metabolismo se llevan a cabo reacciones de oxido-reducción o redox, reacciones 28 de adición, de disociación , etc.  INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ORGÁNICA Y SUS FUNCIONES 29 Fuente: Libro de Química Orgánica – MORRISON Y BOYD - 5ta Edición  COMPUESTOS QUIMICOS Según su procedencia COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPUESTOS INORGÁNICOS Tienen en común que todos contienen el elemento Aquellos que proceden de los minerales. químico: Carbono. (combinado con H, O, N, excepto óxidos y carbonatos) - BINARIOS: Formados por 2 elementos: FeS - NATURALES: Obtenidos de organismos vivos o - TERNARIOS: Formados por 3 elementos: H2SO4 muertos (uni o pluricelulares), o del petróleo y - CUATERNARIOS: Formados por 4 elementos: NaHCO3 derivados. - SINTÉTICOS: Diseñados y sintetizados en laboratorio. Pueden ser estructuras que existen en la naturaleza o que no existen en la naturaleza (xenobióticos) 30  Ejemplos de compuestos Ejemplos de compuestos orgánicos de uso cotidiano inorgánicos - Comida: proteínas, grasas, carbohidratos. - Agua - Artículos de limpieza y tocador: jabón, - Dióxido de carbono shampoo, cremas, perfumes, tintes para - Ácido carbónico cabello, maquillajes, - Bicarbonato de sodio - Ropa y accesorios: algodón, sede, dacrón, - Carbonato nylon, poliéster, lana, cuero, plásticos - Nitrato - Combustibles: petróleo, gasolina, diésel, gas. - Nitrito - Medicamentos: antibióticos, analgésicos, - Sulfato antiinflamatorios, antialérgicos, - Fosfato antineoplásicos. - Ácido fosfórico - Materiales de construcción: madera, tubo de - Diamante plástico para drenajes, algunas pinturas 31  QUÍMICA ORGÁNICA La química orgánica es la química de los compuestos de carbono. ¿Qué tienen de especial los compuestos del carbono que justifique su separación de los otros ciento y pico elementos de la tabla periódica? Debido a que hay muchísimos compuestos del carbono, y sus moléculas pueden ser muy grandes y complejas. Se conocen moléculas orgánicas que contienen miles de átomos, cuyo ordenamiento puede ser muy complicado, aún en moléculas relativamente pequeñas. 32  EL ÁTOMO DE CARBONO ¿Qué tiene de especial el carbono para formar tantos compuestos? Los átomos de carbono pueden unirse entre sí hasta grados imposibles para los átomos de cualquier otro elemento. Pueden formar cadenas de miles de átomos o anillos de todos los tamaños; estas cadenas y anillos pueden tener ramificaciones y uniones cruzadas. A los carbonos de estas cadenas y anillos se unen otros átomos; principalmente de hidrógeno, pero también de flúor, cloro, bromo, yodo, oxigeno, nitrógeno, azufre, fósforo y muchos otros. Cada ordenamiento atómico diferente corresponde a un compuesto distinto, y cada compuesto tiene su conjunto de características químicas y físicas. 33  EL ÁTOMO DE CARBONO Estos cuatro electrones de valencia se ubican hacia los vértices de un tetraedro equilátero, es decir que los ángulos de unión no son en 90° (de lo que resultaría una estructura plana) si no que son superiores a los 100°. Como resultado de está estructura tetraédrica las moléculas tienen entonces estructuras tridimensionales. 34  EL ÁTOMO DE CARBONO El átomo de carbono tiene seis protones y seis electrones ubicados en dos niveles de energía, en la capa interna encontramos dos y en la más externa cuatro. Dada esta configuración el carbono tiene poca tendencia a ganar o perder electrones , sino que tiende a compartirlos con otros átomos, por lo tanto se forman uniones covalentes. Los electrones que participan de dichas uniones covalentes son los cuatro que se ubican en el nivel exterior y son conocidos como electrones de valencia. 35 Cuando el carbono se une a cuatro átomos distintos, éstos se pueden unir a él de dos maneras distintas Mientras que uno de los compuestos es aceptado con facilidad por un sistema biológico, el otro puede ser ignorado, o hasta resultar tóxico. Esto se debe a que los sistemas biológicos La molécula tridimensional se puede construir en dos formas trabajan reconociendo las formas o las configuraciones moleculares, que son las que son imágenes especulares (ENANTIOMEROS) una de la posiciones relativas precisas que los átomos y otra y aunque estos compuestos tengan propiedades físico- grupos de átomos guardan entre sí. químicas muy semejantes, su comportamiento en los seres Esto es de importancia en compuestos tales vivos es bastante diferente. como monosacáridos y aminoácidos. 36  COMPUESTOS ORGÁNICOS La química orgánica es un campo inmensamente importante para la tecnología: es la química de los colorantes y las drogas, del papel y las tintas, de las pinturas y los plásticos, de la gasolina y los neumáticos; es la química de nuestros alimentos y de nuestro vestuario. La química orgánica es fundamental para la biología y la medicina. Los organismos vivos están constituidos principalmente por sustancias orgánicas, además de agua; las moléculas de la «biología molecular» son orgánicas. A nivel molecular, la biología es química orgánica. 37  COMPUESTOS ORGÁNICOS HIDROCARBUROS Son un grupo de compuestos orgánicos que contienen principalmente carbono e hidrógeno. Son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las substancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos. 38  Se han aislado miles de compuestos de carbono de varios sistemas biológicos ¡Se conocen cerca de diez millones de compuestos del carbono y este número aumenta en medio millón cada año! 39  TEORÍA ESTRUCTURAL La teoría estructural es el marco de ideas acerca de cómo se unen los La fórmula estructural de un compuesto químico es átomos para formar moléculas. una representación grafica de la estructura molecular, que muestra como se ordenan o Tiene que ver con el orden en que se distribuyen espacialmente los átomos. juntan los átomos y con los electrones que los mantienen unidos. Los núcleos atómicos se representan por letras o esferas de plástico, y los electrones que los unen, Tiene que ver con las formas y por líneas, puntos o varillas de plástico. tamaños de las moléculas que generan estos átomos y con el modo de distribución de los electrones a su alrededor. 40  GRUPOS FUNCIONALES Los grupos funcionales en química orgánica hacen referencia a un grupo de átomos que otorgan a la molécula sus propiedades químicas específicas. Estos grupos están unidos al esqueleto de carbono, reemplazando a uno o más de los hidrógenos que estarían presentes en un hidrocarburo. Grupo funcional Hidroxilo (alcohol) Metanol Metano 41  Un conocimiento de los grupos funcionales facilita reconocer moléculas particulares y predecir sus propiedades. 42  TEORIA DEL ENLACE QUIMICO Los átomos se combinan entre sí para adquirir la EXCEPCIONES: configuración electrónica de gas noble: 8 LEY DEL DUETO electrones en su capa más externa o "capa de Los átomos de los elementos H, Li, valencia“. Be, cuando establecen enlaces, Esta es una configuración electrónica estable, y es tienden a completar su ultimo a la que tienden todos los elementos. nivel de energía con 2 electrones Para adquirir dicha configuración electrónica los y alcanzar la configuración átomos se unen mediante el establecimiento de electrónica del gas noble Helio. enlaces químicos, que pueden ser de tres tipos: 43  ENLACE IÓNICO Algunos átomos tienden a ganar o a perder electrones con gran facilidad formando partículas cargadas que se denominan IONES. Aquellos átomos que ganan con facilidad electrones se dice que son electronegativos, formarán entonces iones con carga negativa que se denominan ANIONES. Si el átomo pierde electrones predominarán las cargas positivas del núcleo y por lo tanto se formarán iones con carga positiva o CATIONES. 44  ENLACE IÓNICO En las uniones iónicas los átomos se mantienen unidos debido a las fuerzas de atracción que surgen por tener cargas opuestas (catión – anión). Los compuestos iónicos se caracterizan por: - Un alto punto de fusión (solido a liquido) - Alto punto de ebullición (liquido a gas) - En general son solubles en agua - Por lo tanto en solución acuosa conducen la corriente eléctrica. 45  ENLACE IÓNICO Un ejemplo de este tipo de unión lo constituye el cloruro de sodio, el átomo de cloro es mucho más electronegativo (atrae con mucha fuerza a los electrones) que el sodio, de modo que le arranca el electrón del último nivel de energía a éste último. El cloro se transforma entonces en el anión cloruro, y el sodio en un catión, la atracción eléctrica hace que los iones permanezcan unidos. 46  ENLACE IÓNICO Las uniones iónicas son importantes desde el punto de vista biológico, ya que forman parte de las interacciones entre ácidos nucleicos y proteínas. Sin embargo este tipo de uniones no las encontramos entre los átomos que predominan en la composición química de los seres vivos ( C, H, O, N , S, y P) 47  ENLACE COVALENTE Cuando la diferencia de electronegatividad no existe o es muy baja, los átomos que intervienen no pueden ganar o perder electrones, entonces los comparten. El gas hidrógeno está compuesto por moléculas de hidrógeno y no por átomos de hidrógeno separados. Cuando un átomo de H se une a otro átomo de H ambos tienen la misma capacidad de atraer electrones, por lo tanto el par compartido se ubicará a igual distancia de ambos núcleos. Los átomos de H comparten sus electrones para adquirir la configuración del gas noble, los electrones compartidos pertenecen a ambos átomos simultáneamente. 48  ENLACE COVALENTE Muchos elementos de importancia biológica son diatómicos (H, O, F, Cl, etc.) Esquemáticamente cada par de electrones compartidos se simboliza con una línea. Dos átomos pueden compartir 1, 2 o 3 pares de electrones. - Enlace simple (una línea): Se esta compartiendo 2 electrones - Enlace doble (línea doble): Se esta compartiendo 4 electrones - Enlace triple (línea triple): se esta compartiendo 6 electrones. 49  ENLACE O PUENTE DE HIDRÓGENO Es una unión sumamente lábil, formándose y destruyéndose continuamente, dependiendo su efecto estabilizador más a la cantidad de dichas uniones, que a la fuerza de atracción entre los átomos. Es muy importante en los sistemas biológicos ya que contribuyen a dar estabilidad a macromoléculas tales como las proteínas, los ácidos nucleicos, etc. 50  ENLACE O PUENTE DE HIDRÓGENO Cuando un átomo de hidrógeno se une a un átomo muy electronegativo (como ser el oxígeno o el nitrógeno) el par compartido se sitúa lejos del núcleo del hidrógeno , por lo tanto se crea una pequeña separación de cargas, quedando el hidrógeno ligeramente positivo (δ+)y el oxigeno o el nitrógeno levemente negativo (δ -). (δ o dipolo indica la separación parcial de cargas). La δ+ del hidrógeno es atraída por la del elemento electronegativo de otra molécula, de manera que el H queda formando un puente entre dos moléculas. 51  FUERZAS DE VAN DER WAALS Son fuerzas de atracción intermoleculares inespecíficas que ocurren cuando los átomos se encuentran a distancias pequeñas y cuando momentáneamente se forman diferencias de cargas en torno al átomo debido a los movimientos de los electrones. Esta distribución de carga fluctuante da al átomo una polaridad: una parte de él tiene una carga ligeramente negativa respecto a las demás que quedan ligeramente positivas de manera que una zona negativa momentánea de un átomo interactúa con una positiva de otro. 52  FUERZAS DE VAN DER WAALS Estas interacciones son aproximadamente 100 veces más débiles que las uniones covalentes; sin embargo son muy importantes porque se pueden establecer cientos de interacciones simultáneas, manteniendo a las moléculas juntas con bastante cohesión. Este tipo de interacción juega un papel muy importante en la unión de los sustratos a las enzimas. 53  INTERACCIONES HIDROFÓBICAS También son importantes en las propiedades biológicas de distintas moléculas. Estas interacciones ocurren porque las moléculas no polares tienden a agruparse cuando están en un medio acuoso para repeler el agua o “esconderse” de ella. Ciertas moléculas presentan partes que se pueden intercalar con el agua (partes hidrofílicas) a parte de las porciones hidrofóbicas, de manera que las zonas hidrofílicas establecen contacto con el agua y las zonas hidrofóbicas quedan resguardadas en el interior ( adoptan en general una forma esférica), este tipo de ordenamiento estabiliza la estructura de la macromolécula, contribuyendo a mantener su conformación activa. 54  COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA 55  COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS BIOELEMENTOS BIOMOLÉCULAS Elementos Moléculas que químicos de la componen a los seres 70/118 elementos materia viva. vivos. 56  NIVELES DE ORGANIZACIÓN Los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular. 57  En la composición química de los seres vivos encontramos desde sencillos iones inorgánicos, hasta complejas macromoléculas orgánicas siendo todos igualmente importantes para constituir , mantener y perpetuar el estado vivo. Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos tales como: C, H, O, N, P y S. 58  COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS COMPUESTOS ORGÁNICOS: Representan aproximadamente el 30% de la composición química de los seres vivos: biomoléculas como carbohidratos (monosacáridos, polisacáridos), proteínas (aminoácidos), lípidos, ácidos nucleicos (nucleótidos) ELEMENTOS Y MOLÉCULAS INORGÁNICAS: Agua: Constituye al 70% Iones: Na, Fe, Ca, K, etc. en proporciones variables pero muy pequeñas, dependiendo de su clasificación. 59  BIOELEMENTOS 60  Elementos químicos indispensables para el desarrollo normal de alguna especie viva. BIOELEMENTOS PRIMARIOS OLIGOELEMENTOS SECUNDARIOS Son los elementos Presentes en los organismos mayoritarios de la materia Los encontramos formando en forma vestigial, pero son viva, constituyen el 96% de parte de todos los seres indispensables para el la masa total. vivos, y en una proporción desarrollo armónico del del 3,9%. organismo. Representan el 0,1%. C H O N Ca Na K Cl Fe Cu Zn Mn P S I Mg Co Mo Ni 61 El más abundante Otros  BIOELEMENTOS 62  BIOELEMENTOS PRIMARIOS Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples. Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la Son los elementos mayoritarios de la materia viva, naturaleza. constituyen el 96% de la masa total, formando parte de todas las biomoléculas 63  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS SODIO (Na+) Y POTASIO (K+): Están íntimamente relacionados en sus funciones y de su proporción depende: Mantenimiento de constantes fisiológicas Natrium Kalium vitales, tales como la presión osmótica, el equilibrio electrolítico. (Regulación del equilibrio de líquidos) El medio iónico apropiado para diversas reacciones enzimáticas. Regulación el potencial de membrana Conducción del impulso nervioso Contracción muscular 64  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS EL SODIO forma parte de las secreciones digestivas e interviene a nivel intestinal en la absorción activa de numerosos nutrientes. Se halla en el medio extracelular. EL POTASIO es esencial para el automatismo cardíaco, la actividad de enzimas relacionadas con la síntesis proteica y para evitar la desagregación de los ribosomas. Es sobre todo intracelular La pérdida de potasio causa hipotonía, hiporreflexia, alteración de la conducción del impulso nervioso y puede llevar a la muerte por paro cardíaco. 65  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS CALCIO (Ca2+): El organismo humano adulto contiene entre 850 y 1500 gr. El 99 % está localizado en el tejido óseo formando con el fósforo un complejo llamado hidroxiapatita: Ca5(PO4)3(OH). El 1% restante está en fluidos y tejidos, es el llamado calcio soluble es esencial para regular las funciones fisiológicas como: La irritabilidad neuromuscular El automatismo cardíaco La contracción muscular La coagulación sanguínea. 66  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS CALCIO (Ca2+): El calcio que está en los huesos está en equilibrio dinámico con el plasmático mediante un proceso continuo de formación y resorción ósea (Homeostasis del calcio). El pico de máxima densidad ósea depende de la ingesta de calcio durante la etapa de crecimiento y condiciona la pérdida posterior, con el consiguiente deterioro de la resistencia y el aumento de riesgo de fracturas (osteoporosis). 67  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS MAGNESIO (Mg2+): Se localiza en el esqueleto y en los tejidos blandos. Es un catión fundamentalmente intracelular Interviene en más de 300 reacciones enzimáticas relacionadas con el metabolismo energético Interviene en el metabolismo proteico, La formación de AMP cíclico. Transporte a través de membrana, Transmisión del código genético, etc. 68  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS MAGNESIO (Mg2+): En los vegetales forma parte de la molécula de clorofila. También interviene en la transmisión del impulso nervioso Ayuda a mantener la integridad del sistema nervioso central. Su carencia produce irritación nerviosa, convulsiones y en casos extremos la muerte. 69  BIOELEMENTOS SECUNDARIOS YODO (I-): El 80% se localiza en la glándula tiroides. Indispensable para la síntesis de las hormonas tiroides, la tetraiodotironina o tiroxina (T4) y la triiodotironina (T3). Las hormonas tiroides son esenciales para el desarrollo normal y su deficiencia causa: Retardo del crecimiento Alteraciones permanentes en el sistema nervioso Disminución del coeficiente intelectual. 70  OLIGOELEMENTOS HIERRO (Fe2+ ; Fe3+): El hierro es un mineral esencial para el metabolismo energético y oxidativo. Se encuentra en todas las células, estableciéndose dos compartimentos: funcional y de reserva. El funcional comprende al hierro del anillo central del grupo hemo que forma parte de proteínas que intervienen en el transporte y almacenamiento del oxígeno (hemoglobina y mioglobina), también forma parte de enzimas como los citocromos y las peroxidasas. Ferrum 71  OLIGOELEMENTOS HIERRO (Fe2+ ; Fe3+): El de reserva se sitúa en el hígado, bazo, médula ósea , está unido a proteínas (ferritina y hemosiderina). La ferritina sérica es un indicador de los En el plasma no se encuentra libre, sino que circula depósitos de hierro unido a una proteína , la transferrina. En condiciones fisiológicas, la ferritina es la El hierro es necesario para el normal funcionamiento principal proteína de almacenamiento de de los mecanismos de defensa del organismo a nivel hierro, mientras que la hemosiderina se acumula sólo en pequeñas cantidades en el celular, humoral y secretorio, por lo tanto su deficiencia bazo y las células del sistema retículo produce un aumento a la susceptibilidad a las endotelial, en condiciones de sobrecarga de infecciones. hierro (hemocromatosis hereditaria) y talasemia, la proporción de hierro La deficiencia de hierro se caracteriza por astenia, almacenado en forma de hemosiderina anorexia, y deterioro del rendimiento físico. aumenta. 72  OLIGOELEMENTOS ZINC (Zn2+): Es esencial para la actividad de más de 70 enzimas, ya sea porque forma parte de su molécula o porque lo requieren como cofactor. Se lo relaciona con: La utilización de energía La síntesis de proteínas y La protección oxidativa. 73  OLIGOELEMENTOS COBRE (Cu+ ; Cu2+): Forma parte de distintas enzimas que intervienen en reacciones oxidativas relacionadas con el metabolismo del hierro, Y de los aminoácidos precursores de Cuprum neurotransmisores. Es necesario para la síntesis de elastina, proteína fibrosa de la matriz extracelular (sujeta al colágeno). 74  OLIGOELEMENTOS MANGANESO (Mn2+): Actúa activando importantes enzimas. Su carencia afecta el crecimiento del esqueleto, la actividad muscular y la reproducción. FLÚOR (F-): Es importante para la formación del hueso y de los dientes. Su exceso tiene efecto desfavorable pues inhibe algunas enzimas. Inhibe el crecimiento y la actividad tiroidea. En intoxicaciones crónicas es frecuente la aparición de bocio. 75  ACTIVIDAD 3 Elaborar un mapa conceptual incluyendo información importante sobre química orgánica, biomoléculas orgánicas, y bioelementos. Sacar una foto y subir al classroom. 76  REPASO DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN A LA BIOQUIMICA. 77  Alteraciones en moléculas, Ciencia de los constituyentes reacciones químicas o procesos químicos de las células vivas, y de bioquímicos generan la aparición las reacciones y los procesos que de las enfermedades experimentan. Ayuda a realizar el diagnostico de ciertas enfermedades y el Describe y explica en términos seguimiento del éxito o fracaso moleculares, todos los procesos terapéutico (Bioquímica clínica) químicos de las células vivas. Bio Las enfermedades metabólicas Está relacionada con varias son causadas por enzimas y por química ciencias, porque toda la vida depende de reacciones otras proteínas que presentan un mal funcionamiento bioquímicas. Tiene relación muy importante con la medicina Agentes físicos, químicos., biológicos, falta de O2, Trastornos genéticos, rx inmunitarias, y Facilita la practica de la medicina desequilibrios hormonales y al comprender las bases nutricionales `pueden alterar bioquímicas del cuerpo humano moléculas o reacciones químicas, 78 generando las enfermedades. ÁTOMO: partícula más pequeña de materia ESTRUCTURA DEL ÁTOMO: Núcleo (protones y neutrones): Orbitales (electrones) PROTONES: Carga positiva NEUTRONES: Sin carga ELECTRONES: Carga negativa CAPA DE VALENCIA: Orbital de mayor energía, los electrones de esta capa determinan la capacidad de átomo de reaccionar químicamente. NÚMERO ATÓMICO (Z): Numero total de protones NÚMERO MÁSICO (A): Suma total de protones y neutrones del núcleo de un átomo ISOTOPOS: Átomos del mismo elemento con numero igual de protones. ISOTONOS: Átomos diferentes elementos con numero igual de neutrones ISOBAROS: Átomos diferentes elementos con igual numero masico. MOLÉCULA: Unión de dos o mas átomos por medio de diferentes tipos de enlaces químicos. REGLA DEL OCTETO: Completar 8 electrones en la capa de valencia, para alcanzar la estabilidad (como los gases nobles) 79 UNIONES O ENLACES QUIMICOS: Fuerzas que mantienen unidos a los átomos que forman las moléculas IONES: Partículas cargadas eléctricamente (por la ganancia o perdida de electrones) ANIONES: Iones con carga negativa. Ej: Cl - CATIONES: Iones con carga positiva. Ej: Na+ TIPOS DE ENLACES: Enlace iónico, enlace covalente, puentes de hidrogeno, fuerzas de van der waals, enlace disulfuro, enlace peptídico, enlace o – glucosídico, puentes salinos ENLACE IÓNICO: Unión química producida por una fuerza de atracción de cargas eléctricas opuestas (Positivo+negativo) Unos de los átomos pierde electrones y el otro átomo gana electrones. Ej: Na+ ---- Cl- : NaCl ENLACE COVALENTE: Fuerza de unión formada por un compartimiento de electrones (no se gana ni se pierde) Abundante entre los bioelementos primarios (C, H, N, O, S, P). Es el tipo de enlace más fuerte. ENLACE COVALENTE SIMPLE: Se comparte 1 par (2 electrones) ENLACE COVALENTE DOBLE: Se comparte 2 pares (4 electrones) ENLACE COVALENTE TRIPLE: Se comparte 3 pares (6 electrones) PUENTE DE HIDRÓGENO: Fuerza de atracción de cargas opuestas parciales, formado por un átomo de H y otro de O, Sumamente débil, pero abundante en todas las moléculas. 80 FUERZAS DE VAN DER WAALS: Fuerza de atracción de cargas opuestas causadas por el movimiento de los electrones de la capa de valencia, se forma a distancias mucho mas pequeñas que los puentes de hidrógeno. MOLÉCULA HIDROFÓBICA: Repele el agua MOLÉCULA HIDROFÍLICA: Tiene afinidad con el agua, es capaz de formar puentes de hidrogeno con el agua. MOLÉCULA ANFIPÁTICA: Tiene un extremo hidrofóbico y otro extremo hidrofílico. Se acomodan de manera a que los grupos hidrofóbicos ``se escondan`` del medio acuoso. Se pliegan formando: BICAPA LIPIDICA, MICELAS, LISOSOMAS. REACCIONES QUÍMICAS: Ocurre entre átomos que buscan la estabilidad. Se representa mediante ECUACIONES QUIMICAS. ECUACIONES QUÍMICAS: Participan los REACTIVOS, dando como resultado los PRODUCTOS. Debe estar balanceada (porque la materia no se crea ni se destruye) Ej: QUÍMICA ORGÁNICA: La química de los compuestos que contienen carbono (compuestos orgánicos) COMPUESTOS QUIMICOS: Se clasifican en ORGÁNICOS (naturales o sintéticos) y en INORGÁNICOS (Binarios, Ternarios, Cuaternarios) HIDROCARBUROS: Son los compuestos orgánicos más simples de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos, contienen carbono e hidrógeno. Pueden ser ALIFÁTICOS (alcanos, alquenos, alquinos) y AROMÁTICOS 81 (bencenos y derivados) GRUPOS FUNCIONALES: Grupo de átomos que otorgan las propiedades químicas de los diferentes compuestos orgánicos. (Se unen a las moléculas en lugar de unos de los hidrógenos que forman parte de los hidrocarburos) ÁTOMO DE CARBONO: Contiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones (2 en su orbital más interno y 4 en su capa de valencia, por lo que puede reaccionar con otros 4 átomos diferentes) Tiene una estructura tetraédrica tridimensional. ENANTIOMEROS: Imágenes especulares no superponibles de moléculas. (son moléculas diferentes, con funciones diferentes aunque tengan los mismos átomos) Dependiendo de la posición de los grupos funcionales el organismo puede reconocer a una molécula como normal o como tóxica. TEORIA ESTRUCTURAL: es el conjunto de ideas acerca de cómo se unen los átomos para formar moléculas. FÓRMULA ESTRUCTURAL: de representación grafica de la estructura molecular de un compuesto químico, que muestra como se ordenan o distribuyen espacialmente los átomos COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS: Agua (70%), Compuestos orgánicos e iones. (30%) BIOELEMENTOS: Elementos químicos de las células vivas, indispensables para el funcionamiento celular. Se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos. 82 BIOELEMENTOS PRIMARIOS: Son los elementos mayoritarios de la materia viva - 96% (C, H, O, N , S, P) BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Hacen parte de los seres vivos en aprox 3,9% (Mg, Ca, Na, K, Cl. I ) OLIGOELEMENTOS: Elementos presentes en proporciones vestigiales 0,1% (Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni y otros) BIOMOLÉCULAS: Moléculas que componen a los seres vivos. (LIPIDOS, CARBOHIDRATOS, PROTEÍNAS, AC NUCLEICOS) CARBONO, HIDROGENO, OXIGENO, NITROGENO, FOSFORO Y AZUFRE: Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza. Forman parte de las diferentes biomoléculas. SODIO-POTASIO: Na+ extracelular, K+ intracelular, actúan en conjunto para la regulación del equilibrio de líquidos, regulación el potencial de membrana, conducción del impulso nervioso y contracción muscular CALCIO: 99% almacenado en huesos como hidroxiapatita, 1% en fluidos y tejidos, participa en la irritabilidad neuromuscular, automatismo cardíaco, contracción muscular, coagulación sanguínea. MAGNESIO: Mg2+ intracelular, ayuda a mantener la integridad del sistema nervioso central. IODO: 80% en tiroides, esencial para la formación de T3-T4. 83 HIERRO: Función en el metabolismo energético y oxidativo, presente en forma funcional y reserva. Funcional: como parte del grupo hemo de la Hb transportando O2 y en enzimas como citocromos y peroxidasas. Reserva: en el hígado, bazo, médula ósea , está unido a proteínas (ferritina y hemosiderina). En el plasma circula unido a la proteína transferrina. ZINC: Es esencial para la actividad de más de 70 enzimas, ya sea porque forma parte de su molécula o porque lo requieren como cofactor. COBRE: Forma parte de distintas enzimas que intervienen en reacciones oxidativas relacionadas con el metabolismo del hierro, Y de los aminoácidos precursores de neurotransmisores., necesario para la síntesis de elastina, MANGANESO: Actúa activando importantes enzimas. Su carencia afecta el crecimiento del esqueleto, la actividad muscular y la reproducción. FLUOR: Es importante para la formación del hueso y de los dientes. Su exceso tiene efecto desfavorable pues inhibe algunas enzimas. Inhibe el crecimiento y la actividad tiroidea. 84