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Introducción a la bioquímica
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Introducción a la bioquímica

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  • 1. INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICASALUD, ENFERMEDAD Y TERAPÉUTICA Lic. Roy W. Morales Pérez rwmorales@fucsalud.edu.co bioquimicaenfermeriafucs.blogspot.com
  • 2. BIOQUÍMICA Ver video en YouTube:http://www.youtube.com/watch?v=itWLaLat8LU Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 3. BIOQUÍMICA El términobioquímica fue acuñadopor el fisiólogo y químicoalemán Felix von Hoppe-Seyler (1825- 1895),quien en 1866 orientóen la Universidad deTübingen la primeracátedra de fisiologíaquímica organizada en lacomunidad científica. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 4. El objeto de estudio de la Bioquímica La bioquímica es la cienciaque explica la vida utilizando ellenguaje de la química, estudia losproceso biológicos a nivel molecularempleando técnicas químicas, física ybiológicas. El objetivo fundamental de labioquímica consiste entonces, enestudiar la estructura, organización ylas funciones de los seres vivos desdeel punto de vista molecular. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 5. El objeto de estudio de la Bioquímica Durante el trabajo de laboratorio en bioquímica, se hace necesario poner adecuadamente en practica las normas de seguridad.Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 6. El objeto de estudio de la Bioquímica La bioquímica puede dividirse en tres grandescampos de estudio:• Estructural: estudia la composición, conformación, configuración, y estructura de las moléculas de las células, relacionándolas con su función bioquímica.• Metabólica: estudia las transformaciones, funciones y reacciones químicas que sufren o llevan a cabo las moléculas en los organismos vivos.• Molecular: estudia la química de los procesos y moléculas implicados en la transmisión y almacenamiento de información biológica. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 7. Bioquímica: un lenguaje común Disciplinas científicasrelacionadas con la bioquímica:• Genética• Fisiología• Inmunología• Farmacología y Farmacia• Toxicología• Patología• Microbiología• Medicina• Enfermería• Nutrición• Ciencias de la salud Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 8. Procesos bioquímicos alterados y enfermedad La organizaciónMundial de la Salud (OMS)define la salud como el estadode «bienestar físico, mental ysocial completo, y nosolamente la ausencia deenfermedad» Sin embargo desde unpunto de vista bioquímico, laenfermedad puede serentendida como una alteraciónen los procesos que se realizandentro de los organismos vivosy que pueden conducir a lamuerte de éste. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 9. Bioelementos Los bioelementos obiogénicos son loselementos químicos queconstituyen los seres vivos.De acuerdo a suabundancia se clasifican en:• Primarios: H, C, O , N (representan el 99.3%)• Secundarios: Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe (0,7%)• Oligoelementos: Mn, I, Cu. Co, Zn, F, Mo, Se (trazas) Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 10. Bioelementos Así mismo, los bioelementospueden ser clasificados de acuerdo a lafunción que desempeñan en el organismo:• Estructural: mantenimiento en la estructura del organismo (H, O, C, N, P, S)• Esquelética: confieren rigidez (Ca, Mg, P, Si)• Energética: forman parte de moléculas energéticas (C, O, H, P)• Catalítica: catalizan reacciones y procesos bioquímicos (Fe, Co, Cu, I)• Osmótica y Electrolítica: mantienen y regulan fenómenos osmóticos y potencial electroquímico (Na, K, Cl) Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 11. Biomoléculas Las moléculas constituyentesde los seres vivos se denominanbiomoléculas. A su vez, atendiendo asu naturaleza, éstas se puedenclasificar en:• Inorgánicas: agua, gases (oxígeno, dióxido de carbono), sales inorgánicas (bicarbonato)• Orgánicas: glúcidos (glucosa), lípidos (colesterol), proteínas (hemoglobina), ácidos nucleicos (ADN y ARN). Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 12. Biomoléculas Las biomoléculas pueden sertambién clasificadas de acuerdo con sugrado de complejidad así:• Precursores: agua, dióxido de carbono (M50 Da)• Intermedios metabólicos: p.ej., piruvato y citrato (M 50- 200 Da)• Unidades estructurales: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, nucleótidos (M= 100- 300 Da)• Macromoléculas: polisacáridos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos. Los cromosomas son estructuras discretas, independientes y• Supramacromoléculas: p.ej., organizadas de ADN, visibles durante cromatina (ADN y proteína) o el proceso de división celular. membranas (lípidos y proteínas) Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 13. Homeostasis Walter BradfordCannon un fisiólogoestadounidense, en 1932definió el concepto dehomeostasis como latendencia general detodo organismo arestablecer su equilibriointerno cada vez que éste Walter Bradford Cannon (1871- 1945) expandióes perturbado. el concepto de homeóstasis formulado inicialmente por el fisiólogo francés Claude Bernard (1913- 1878) Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 14. Homeostasis Tal definición se ha ampliado, yhoy se puede entender la homeostasiscomo el conjunto de mecanismosreguladores que permiten que elambiente interno de un sistema semantenga constante y estable. En el organismo humano sonimportantes los siguientes sistemas deregulación: Regulación de gases respiratorios. Osmoregulación: agua y electrolitos. Termorregulación. Rutas Metabólicas. Leonardo da Vinci (1487). El hombre de Vitrubio o Canon de las proporciones humanas. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 15. Homeostasis La homeostasis de unorganismo involucra unacompleja dinámica entrefactores internos, p.ej., elmetabolismo y factoresexternos, p.ej., condicionesde temperatura ydisponibilidad de gases. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 16. REVISIÓN DE ALGUNOSCONCEPTOS FUNDAMENTALES
  • 17. Estructura Celular La célula es la unidadmorfológica y funcional de todo servivo. Existen dos tipos principales decélulas, las procariotas y laseucariotas, éstas últimas siendosistemas más evolucionados que lasprimeras. Este sistema general declasificación responde a la existenciao no de un núcleo delimitado pormembranas. En función del número decélulas que los constituyen, losorganismos vivos pueden clasificarseen unicelulares si están constituidospor una única célula, opluricelulares si los conforman másde una célula. Las células suelenposeer un tamaño que oscila Modelo de célula eucariota .alrededor de los 10 µm y poseen unamasa promedio de 1 ng. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 18. Estructura Celular Los postulados de la teoríacelular afirman que:• La célula es la unidad morfológica de todo ser vivo.• Toda célula deriva de una célula procedente.• Las funciones vitales (nutrición, crecimiento y multiplicación, diferenciación, evolución), ocurren y son controladas en el interior de las células.• Cada célula contiene la información hereditaria necesaria para el control de su propio ciclo, así como para la Ver video en YouTube: transmisión de esa información a http://www.youtube.com/watch?v=hBTImxRZrDM la siguiente generación celular. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 19. Tabla Periódica La tabla periódicaorganiza los elementosquímicos de acuerdo al valorde su número atómico, ypermite agruparlos enfunción de propiedadesquímicas y físicassemejantes. Es una herramienta querelaciona las propiedadesde los elementos en formasistemática y ayuda a hacerpredicciones con respecto alcomportamiento químico. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 20. Reacción Química Los cambios químicos,a diferencia de los cambiosfísicos implican elrompimiento y formación denuevos enlaces, lo queconlleva la transformaciónde las sustancias. En estesentido, se puede entenderpor reacción química,como aquel proceso en elque una o más sustancias En el interior del organismo ocurren gran cantidadcambia/n para formar una de reacciones químicas. Cuando nos alimentamos, el cuerpo metaboliza los nutrientes y obtiene lao más sustancias nuevas. energía necesaria para realizar todos los procesos vitales. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 21. Tipos de reacciones químicaReacciones de combinaciónSon reacciones en las que una o mássustancias se combinan para formar un soloproducto de reacción.A+B →C Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 22. Tipos de reacciones químicaReacciones de descomposiciónLas reacciones de descomposición pueden entendersecomo el proceso inverso a las reacciones decombinación. De esta forma, son reacciones en las quea partir de una única sustancia reaccionante, seobtienen dos o más sustancias como producto.C→A+B Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 23. Tipos de reacciones químicaReacciones de desplazamiento o sustituciónEste tipo de reacciones tiene lugar cuando un ion oátomo de un compuesto s reemplazada por un ion oátomo de otro elemento.AB + C → AC + B Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 24. Tipos de reacciones químicaReacciones de intercambioEste tipo dereacciones ocurrecuando dossustancias diferentesintercambian entre síun átomo, grupo deátomos o ion,formando así dosnuevas sustancias.AB + CD → AC + BD Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 25. Tipos de reacciones químicaReacciones de oxidación-reducciónSon aquellas en las queocurre un cambio en losestados de oxidaciónde las sustanciasreaccionantes. El estadode oxidación es la cargaaparente con la que unelemento trabaja en uncompuesto o especiequímica. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 26. Tipos de reacciones químicaReacciones de oxidación-reducción OXIDACIÓN REDUCCIÓN Ganancia de oxígeno Pérdida de oxígeno Pérdida de hidrógeno Pérdida de hidrógeno Pérdida de electrones Ganancia de electrones (aumento del número de (disminución del número de oxidación) reducción)Una sustancia que oxida a otra se conoce como agenteoxidante, mientras que una que reduce a otra sedenomina agente reductor. En toda reacción deoxidación-reducción hay una sustancia que se oxida yotra que se reduce: nunca se tiene un proceso sin el otro. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 27. Tipos de reacciones químicaReacciones de oxidación-reducción O O H ADH H ADH H OH H OH Metanol Metanal Ácido metanóico ADH: Alcohol DeshidrogenasaLa oxidación del metanol produce formaldehído y ácido fórmico,los cuales son más tóxicos que el metanol. Una ingestainapropiada de metanol puede originar ceguera y hasta lamuerte. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 28. Tipos de reacciones químicaReacciones exotérmicas y endotérmicasSon reacciones exotérmicasaquellas que liberan energía,mientras aquellas queabsorben energía sedenominan comoendotérmicas. Debe hacersenotar sin embargo, quetodas las reaccionesquímicas requieren unafuente inicial de energía que En las bolsas de frío instantáneo se mezclan agua y nitrato de amonio,se denomina energía de proceso éste que es endotérmico lo que conlleva a una rápida disminución de laactivación. temperatura. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 29. Tipos de reacciones químicaReacciones reversibles e irreversiblesEn una reacción reversible se alcanza un equilibriodinámico entre los reactantes y los productos,mientras que de otra parte, en una reacciónirreversible las sustancias de partida se transformanen los productos no pudiendo de nuevo obtener lassustancias iniciales. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 30. Funciones QuímicasSe llama función química alconjunto de propiedades comunesque caracterizan a un conjuntode sustancias que permitencaracterizarlas y diferenciarlas. Estetipo de sustancias tienen uncomportamiento propio y específicoen los procesos químicos. Lassustancias que pertenecen a unafunción química determinada El vinagre consiste en una mezcla deposeen en sus moléculas un átomo o ácido acético –un ácido orgánico- ygrupo de átomos de constitución agua. Se emplea comúnmente comoanáloga que las caracterizan, que se aderezo o como preservante de alimentos.denomina/n grupo funcional. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 31. Funciones QuímicasFunciones químicas inorgánicas Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 32. Funciones QuímicasFunciones químicas orgánicas Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 33. Funciones QuímicasFunciones químicas orgánicas Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 34. Enlace QuímicoLa fuerza que mantiene losátomos unidos en uncompuesto se denomina enlacequímico y es producto delsolapamiento de orbitalesatómicos. Existen tres tiposgenerales de enlace: covalente,iónico y metálico. Los enlacespueden ser sencillos omúltiples (dobles y triples). Unenlace sencillo consta de unenlace tipo  (sigma); un enlace Representación de la estructura atómica indicando las partículasdoble de un  y uno  (pi), y un elementales que la constituyen.enlace triple de un  y dos . Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 35. Enlace QuímicoEnlace CovalenteUna de las formas en las que losátomos pueden formar enlaces escompartiendo electrones. Esos enlacesson llamados enlaces covalente y lacolección de átomos resultante dedenomina molécula. Si los átomos quecomparten pares de electrones tienenun valor igual o cercano en suselectronegatividades, el enlacecovalente formado se denominaapolar. Por el contrario, si los átomosposeen valores diferentes en suselectronegatividades la compartición deelectrones será desigual y el enlacecovalente resultante se denominapolar. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 36. Enlace QuímicoEnlace IónicoUn segundo tipo de enlace químicoresulta de la atracción entre iones. Union es un átomo o grupo de átomos quetiene una carga neta positiva (cationes)o negativa (aniones). Dado que losaniones y los cationes tienen cargasopuestas, estos se atraen mutuamente.Esta fuerza de atracción electrostáticaes llamada enlace iónico.Valga señalar que en el enlace iónicono se presenta compartición deelectrones, dada la elevada diferencia Representación estructural de la salde electronegatividad entre los átomos cloruro de litio, un ejemplo de unque participan en el enlace. compuesto iónico. Nótese la organizada red cristalina que se forma. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 37. Fórmulas QuímicasLa fórmula química indica el tipo de elementos queforman una sustancia y la proporción en que seencuentran. Además puede brindar información H2 O2acerca de cómo se unen los átomos en una moléculay su distribución espacial.Fórmula condensada: indica el tipo de átomos OH - OHpresentes en un compuesto y el número de átomos decada clase.Fórmula semidesarrollada: indica los enlaces entrelos diferentes grupos de átomos para resaltar, sobretodo, los grupos funcionales que aparecen en lamolécula.Fórmula desarrollada: indica todos los enlaces deuna sustancia representados sobre en el plano.Fórmula estructural: señala la geometría espacialde la molécula mediante la indicación de distancias yángulos de enlace. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 38. Fórmulas QuímicasComposición: número de cada átomo presenteen una sustancia (Ej. En el agua hay dos átomosde hidrógeno y un átomo de oxígeno).Constitución: señala la secuencia ycaracterísticas de los enlaces (Ej. En el agua haydos enlaces covalentes O-H, de carácter polar,con ángulos de enlace de 104,5° y 0,96 A delongitud ).Configuración: alude a la relación geométrica(distribución y organización) de un grupo dadode átomos en una molécula. La interconversiónde alternativas configuracionales requiere laruptura y reorganización de enlaces.Conformación: disposición espacial relativa delos átomos en una molécula. Los confórmerosestán en equilibrio y la interconversión ocurresin rotura de enlaces. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 39. Ecuación QuímicaLas transformaciones que suceden en una reacción química, pueden serrepresentadas simbólicamente a través de una ecuación química. Una ecuaciónquímica debe satisfacer algunas condiciones entre las que se encuentran: estarbalanceadas, mostrar los reactantes y productos por medio de fórmulas químicas,indicar las fases de agregación de cada sustancia reaccionante y señalar lascondiciones de reacción. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 40. Modelos Moleculares Modelo de esqueleto Modelo de bastones Modelo espacial sólidoModelo de esferas y bastones Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 41. Fuerzas de Interacción IntermolecularSon fuerzas denaturaleza eléctricaresponsables de laatracción- repulsión demoléculas o átomosconstituyentes de unsistema.Se conocen como fuerzasde Van der Waals ypueden entenderse enfunción de la ley deCoulomb. Variación de la Fuerza Coulombica en función de la distancia. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 42. Fuerzas de Interacción IntermolecularFuerzas dipolo-dipoloLas fuerzas dipolo- dipolo(fuerzas de Keeson) resultan dela atracción-repulsión demoléculas que poseenmomentos dipolares. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 43. Fuerzas de Interacción IntermolecularPuente de HidrógenoEs un tipo especial defuerza dipolo- dipoloen el que interactúaun átomo dehidrógeno de unenlace polar y unátomo electronegativode otra molécula. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 44. Fuerzas de Interacción IntermolecularFuerzas ión-dipoloResultan de la interacción entreun ión (catión o anión) con unamolécula polar. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 45. Fuerzas de Interacción IntermolecularFuerzas dipolo inducido- dipoloSon conocidas como fuerzas deDebye son fuerzas de atracciónque se generan por dipolostemporales inducidos por ioneso moléculas polares próximas. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 46. Fuerzas de Interacción IntermolecularFuerzas de dispersiónConocidas también comofuerzas de London, son fuerzasde atracción que se presentanen moléculas no polares,generadas por distribucionesprobabilísticas momentáneasde la densidad electrónica. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 47. Fuerzas de Interacción IntermolecularIntroducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 48. Fases de Agregación Las sustancias enfunción de lascondiciones de presióny temperatura seagregan en tres tipos defases: sólida, líquida ygaseosa. Las fuerzasde interacciónintermolecular sonmayores en la fasesólida que en la líquida,y a su vez en ésta sonmayores que en la fase Cambios de fase de las sustancias.gaseosa. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.
  • 49. BibliografíaFeduchi, E. et al. (2011). Bioquímica.Conceptos Básicos. Madrid: Editorial MédicaPanamericana.Holum, J. (2000). Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias dela Salud. México D.F.: Limusa Wiley.Raymond, C. (2002). Química. 7ª edición. México D.F.: Mc Graw Hill.Sadava, D. (2009). Vida: la ciencia de la biología. Buenos Aires: Editorial MédicaPanamericana.Zumdhal, S. (2005). Chemical principles. 5th edition. Boston: Houghton Mifflin Company.Lectura ComplementariaMunicio, A.M. (2004). Perspectiva histórica de la bioquímica. Arbor. 179 (706), pp. 341- 364.Disponible en: http://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/522/522Willett, W., Stampfer, M. (2003). Nueva pirámide de la alimentación. Investigación y ciencia.318, pp. 54- 61. Introducción a la bioquímica: salud, enfermedad y terapéutica.

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