BIOQUIMICA Yolanda Salazar
Tema 1. Introducción a laBioquímicaFundamentos    celulares.Composición química.Fundamentos genéticos.Fundamentos evol...
La extraordinaria variedad de los seres vivos
Características de los seres vivos   Seres vivos: nacen, crecen, se reproducen y    mueren. Además intercambian materia, ...
Bioquímica: definición y          principiosLa Bioquímica es la ciencia queestudia los seres vivos a nivelmolecular median...
Objeto de estudio de la Bioquímica: las    sustancias químicas constituyentes de los                   seres vivos   Sepa...
Técnicas más utilizadas en la  investigación Bioquímica Técnicas    de separación: electroforesis,  cromatografía.    Té...
Fundamentos celulares Célulasprocariotas y eucariotas Tres dominios en los seres vivos Fotótrofos y quimiótrofos Citoe...
Membrana Plasmática La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el...
Componentes bioquímicos de                                                          las membranas Lípidos Estructura gener...
Componentes bioquímicos de                                                 las membranas Lípidos:                 Glucolíp...
Componentes bioquímicos                                             de las membranasLípidos:                        Colest...
Citoplasma   El citoplasma está compuesto    por una disolución acuosa, el    citosol, y una variedad de    partículas en...
Células   Las células que poseen envoltura nuclear se    denominan euca-riotas (del griego eu,"verdadero",    y karyoyi, ...
Dimensiones Celulares   La mayor parte de células son de tamaño    microscópico. El diá-metro típico de las células    an...
Filogenia de los tres                                                   dominios de la vida  Procariotas: las arquebacter...
HábitatsLos hábitats aeróbicos, con abundante oxígeno, los organismos obtienen su energíamediante la transferencia de elec...
ProcariotasEscherichia coli es la célula procarióticamejor estudiada       La E. coli tiene aproximadamente 2        um d...
Eucariotas       Son        mucho        mayores que las        células        procarióticas.       Núcleo     y   los  ...
Citoesqueleto   Filamentos de proteína que se entrecruzan en la célula euca-riótica y    forman una trama tridimensional ...
Citoplasma dinámico   Los filamentos del citoesqueleto se desagregan para reestructurarse en    otro lugar distinto. Las ...
Las células construyen                                      estructuras supramoleculares   Las macromoléculas y sus subun...
Resumen   Todas las células están rodeadas por una membrana plasmática,    poseen un citosol que contiene metabolitos, co...
Fundamentos químicosAntoine Lavoisier (1743-1794) observó larelativa simplicidad química del "mundomineral" en contraste c...
Composición de los seres             vivos   Solamente unos 30 elementos químicos de los    más de 90 presentes en la nat...
Tabla Periódicahttp://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm
Biomoeculas compuestos                                              de carbonoCarbono   Poco abundante en la corteza terr...
Biomoléculas                                    La      mayoría       son                                     compuestos ...
Macromoleculas Gran  parte de las moléculas biológicas son macromoléculas, polímeros de alta masa molecular construidos a...
Macromoleculas   Proteínas, largos polímeros de aminoácidos, constitu-yen,    excluyendo el agua, la fracción celular más...
Estructura Tridimencional   Los enlaces covalentes y los grupos funcionales de las biomoléculas son    de importancia cen...
Interacciones    Estereoespecíficas   Las          interacciones    biológicas            entre    moléculas             ...
Resumen   Gracias a su versatilidad de enlace, el átomo de carbono puede    producir una amplia variedad de esqueletos ca...
Fundamentos Físicos   Las células han desarrollado, a lo largo de la    evolución, mecanismos muy eficientes para el    a...
Fundamentos físicos    Los    organismos      vivos     existen en un estado     estacionario dinámico y     no se encuen...
Fundamentos físicos   Las        células         no    fotosintéticas        extraen    energía        para        sus   ...
Fundamentos físicos   La cuestión central de la bioenergética es el modo mediante el    cual la energía obtenida de la lu...
Metabolismo El metabolismo es la suma de muchas  secuencias          de         reacciones  interconectadas     en     la...
Resumen   Las células vivas son sistemas abiertos que intercambian materia y    energía con su entorno, extrayendo y cana...
Fundamentos Genéticos   Posiblemente, la propiedad más notable de    las células y orga-nismos vivos es su    capacidad p...
Fundamentos Genéticos     Acido desoxirribonucleico o      DNA, los nucleótidos (o más      exactamente,                 ...
Resumen   La información genética está codificada en la    secuen-cia lineal de cuatro desoxirribonucleótidos    en el DN...
Fundamentos Evolutivos   El alto grado de similitud entre las vías    metabólicas y las secuencias génicas de    organism...
Fundamentos Genéticos   A pesar de la fidelidad casi    perfecta de la replicación    genética, ciertos errores    muy po...
Fundamentos Genéticos          Taller en el aula Luego   de una lectura comprensiva del  capitulo Fundamentos evolutivos....
Gracias por su atención
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Bioquimica 1

  1. 1. BIOQUIMICA Yolanda Salazar
  2. 2. Tema 1. Introducción a laBioquímicaFundamentos celulares.Composición química.Fundamentos genéticos.Fundamentos evolutivos.Seres vivos y energía.
  3. 3. La extraordinaria variedad de los seres vivos
  4. 4. Características de los seres vivos Seres vivos: nacen, crecen, se reproducen y mueren. Además intercambian materia, energía e información con el medio que les rodea. ¿Qué es la vida? Una propiedad que no se puede definir ni medir. Algunas de sus manifestaciones pueden ser medidas, otras solo observadas. Las manifestaciones de la vida que se pueden medir son objeto de estudio de la Bioquímica. Un ser vivo procede de otro ser vivo, no puede haber vida a partir de materia inanimada.
  5. 5. Bioquímica: definición y principiosLa Bioquímica es la ciencia queestudia los seres vivos a nivelmolecular mediante técnicas ymétodos físicos, químicos ybiológicos.
  6. 6. Objeto de estudio de la Bioquímica: las sustancias químicas constituyentes de los seres vivos Separación y caracterización. ¿En qué concentración se encuentran? ¿Cuáles son sus propiedades? ¿Cómo y porqué se transforman? ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan? ¿Porqué son estructuras muy ordenadas? ¿Cómo se transmite la información genética? ¿Cómo se expresa y controla la información genética?
  7. 7. Técnicas más utilizadas en la investigación Bioquímica Técnicas de separación: electroforesis, cromatografía. Técnicas analíticas: espectrometría, fluorimetría, difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear (RMN), dicroísmo circular.
  8. 8. Fundamentos celulares Célulasprocariotas y eucariotas Tres dominios en los seres vivos Fotótrofos y quimiótrofos Citoesqueleto Complejos macromoleculares
  9. 9. Membrana Plasmática La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de ésta y su entorno.•No es una barrera pasiva•Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigualconcentración de iones a ambos lados de ella.•Permite que los nutrientes penetren y los productos residualessalgan de la célula.
  10. 10. Componentes bioquímicos de las membranas Lípidos Estructura general de los fosfolípidos: Fosfolípidos O O Grupo Hidrofílico O P O- O P O-Grupo de cabeza polar (polar) O O CH2 CH CH2 CH2 CH CH2 Doble enlace cis Colas Hidrofóbicas (no polar) Cadenas hidrocarbonadas Cadenas hidrocarbonadas Insaturadas con dobles enlaces cis Saturadas rectas
  11. 11. Componentes bioquímicos de las membranas Lípidos: Glucolípidos•Lípidos que contienen oligosacáridos•Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa•Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior. Espacio Extracelular Citosol
  12. 12. Componentes bioquímicos de las membranasLípidos: Colesterol Cabeza polar Cabeza polar Estructura Región rígida rígida de colesterol del anillo esteroide Región más fluída Cola hidrocarbonada no polar Posición del colesterol en la bicapa
  13. 13. Citoplasma El citoplasma está compuesto por una disolución acuosa, el citosol, y una variedad de partículas en suspensión con funciones específicas. El citosol es una solución muy con-centrada que contiene: enzimas y las moléculas de RNA que los codifican; las subunidades monoméricas (aminoácidos y nucleótidos) a partir de las cuales se forman estas macromoléculas; centenares de pequeñas moléculas orgánicas denomina-das metabolitos. Todas las células tienen, al menos durante una parte de su ciclo vital, un núcleo o un nucleoide, en el que se almacena y replica el genoma.
  14. 14. Células Las células que poseen envoltura nuclear se denominan euca-riotas (del griego eu,"verdadero", y karyoyi, "núcleo"); las que no poseen envoltura nuclear (las células bacterianas) se denominan procariotas (del griego pro, "antes").
  15. 15. Dimensiones Celulares La mayor parte de células son de tamaño microscópico. El diá-metro típico de las células animales y vegetales es de unos 5 a 100 /um, y muchas bacterias tienen una longitud de tan sólo 1 a 2 /um El límite superior del tamaño celular viene marcado por la velocidad de difusión de las moléculas disueltas en sistemas acuosos. La re-lación superficie/volumen representa el teórico límite superior del tamaño de la célula.
  16. 16. Filogenia de los tres dominios de la vida Procariotas: las arquebacterias (del griego archa, "origen") y las eubacterias (del griego eu, "verdadero").Eubacterias habitan en el suelo, en las aguas superficiales y en los tejidos de otrosorganismos vivos o en descomposición (Escherichia coli)Arquebacterias se han descubiertas recientemente habitan en medios muyextremos. Eucarióticos, constituyen el tercer dominio.
  17. 17. HábitatsLos hábitats aeróbicos, con abundante oxígeno, los organismos obtienen su energíamediante la transferencia de electrones desde las moléculas de combustible aloxígeno.Anaeróbicos, privados de oxígeno, lo que obliga a que los microorganismos aobtener su energía mediante la transferencia de electrones hacia el nitrato Los organismos pueden clasificarse a partir de su forma de obtener la energía y el carbono que necesitan para la sínte-sis de material celular
  18. 18. ProcariotasEscherichia coli es la célula procarióticamejor estudiada  La E. coli tiene aproximadamente 2 um de longitud  Posee una membrana externa protectora y una membrana plasmática interna que engloba el citoplasma y el nucleoide.  Entre las membranas interna y externa se sitúa una capa fina pero resistente de peptidoglucanos que proporciona a la célula su forma y rigidez características.  La membrana plasmática y las capas que la rodean constituyen la envoltura celular.  Es del grupo Archaea
  19. 19. Eucariotas  Son mucho mayores que las células procarióticas.  Núcleo y los orgánulos rodeados de membrana que llevan a cabo funciones específi-cas.  Células vegetales vacuolas y cloroplastos.  Albert Claude, Christian de Duve y George Palade
  20. 20. Citoesqueleto Filamentos de proteína que se entrecruzan en la célula euca-riótica y forman una trama tridimensional e interconectada. Actina, los microtúbulos y los filamentos intermedios. Estructura y organización al citoplasma y mantienen la forma de la célula. Los filamentos de actina y los microtúbulos colaboran también en el movimiento de los orgá-nulos o en el movimiento celular global.
  21. 21. Citoplasma dinámico Los filamentos del citoesqueleto se desagregan para reestructurarse en otro lugar distinto. Las vesículas membranosas brotan de un orgánulo y se fusionan con otro. Los orgánulos se mueven por el cito-plasma a lo largo de filamentos de proteína gracias a la energía de motores proteicos. La exocitosis y la endocitosis, mecanismos de transporte (hacia el exterior y el interior de las células, respectivamente) .
  22. 22. Las células construyen estructuras supramoleculares Las macromoléculas y sus subunidades monoméricas son de tamaño muy diferente. Las subunidades monoméricas de proteínas, ácidos nuclei-cos y polisacáridos se unen mediante enlaces covalentes. Sin embargo, en complejos supramoleculares, las macromoléculas se mantienen unidas mediante interacciones no covalentes -mucho más débiles, individualmente, que los enlaces covalen-tes
  23. 23. Resumen Todas las células están rodeadas por una membrana plasmática, poseen un citosol que contiene metabolitos, coenzimas, iones inorgánicos y enzimas y poseen un conjunto de genes contenidos en un nucleoide (procariotas) o un núcleo (eucariotas). Los fotótrofos utilizan la luz del sol para realizar trabajo; los quimiótrofos oxidan combustibles mediante la transferencia de electrones a buenos aceptores electrónicos: compuestos inorgánicos, compuestos orgánicos u oxígeno molecular. Las células bacterianas contienen un citosol, un nucleoide y plásmidos. Las células eucarióticas tienen un núcleo y contienen orgánulos específicos, los cuales pueden ser separados y estudiados de modo aislado. Las proteínas del citoesqueleto se asocian formando largos filamentos que confieren forma y rigidez a las células y son el soporte para el movimiento de los orgánulos a través de la célula. Los complejos supramoleculares se mantienen estables mediante interacciones no covalentes y dan lugar a estructuras de diversos tamaños.
  24. 24. Fundamentos químicosAntoine Lavoisier (1743-1794) observó larelativa simplicidad química del "mundomineral" en contraste con la complejidadde los "mundos animal y vegetal"; se sabíaque estos últimos esta-ban formados porcompuestos ricos en carbono, oxígeno,ni-trógeno y fósforo.
  25. 25. Composición de los seres vivos Solamente unos 30 elementos químicos de los más de 90 presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos La mayoría tienen un número atómico bajo, por debajo de 34. Los más abundantes son: H, O, C, N (estos 4 constituyen más del 99% de la masa celular), P, S, Na, K, Cl. Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.
  26. 26. Tabla Periódicahttp://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm
  27. 27. Biomoeculas compuestos de carbonoCarbono Poco abundante en la corteza terrestre (0.027%). Se encuentra puro (grafito, diamante) y combinado formando sales (carbonatos). Su importancia radica en su presencia en los seres vivos. Hace 150 años se le denominó compuesto orgánico. Gran facilidad para enlazarse con otros átomos pequeños. La química de los organismos vivos se organiza alrededor del carbono, que representa más de la mitad del peso seco de las células. El carbono puede formar enlaces simples con átomos de hidrógeno y tanto enlaces simples como dobles con los átomos de oxígeno y de nitrógeno. El dióxido de carbono (CO2) es un componente secundario de la atmósfera. Contribuye al llamado efecto invernadero. Es la fuente de C para todas las moléculas orgánicas halladas en los organismos. El monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico porque interfiere en la capacidad de la hemoglobina de unirse al oxígeno
  28. 28. Biomoléculas  La mayoría son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado).  Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y circulares.  Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales.  Las propiedades químicas vienen determinadas por los grupos funcionalesMoléculas sencillas: metabolitos y unidadesestructurales (glucosa, piruvato, ácidosgrasos).
  29. 29. Macromoleculas Gran parte de las moléculas biológicas son macromoléculas, polímeros de alta masa molecular construidos a partir de pre-cursores relativamente simples. Las proteínas, los ácidos nu-cleicos y los polisacáridos son el resultado de la polimerización de subunidades relativamente pequeñas de masa molecular relativa igual o inferior a 500.
  30. 30. Macromoleculas Proteínas, largos polímeros de aminoácidos, constitu-yen, excluyendo el agua, la fracción celular más importante. Al-gunas proteínas tienen propiedades catalíticas y actúan como enzimas. Los ácidos nucleicos, DNA y RNA, son polímeros de nucleótidos. Almacenan y trans-miten la información genética y algunas moléculas de RNA de-sempeñan papeles estructurales y catalíticos en complejos supramoleculares. Los polisacáridos, polímeros de azúcares simples como la glucosa, tienen dos funciones: sirven como alma-cén de combustibles energéticos y como elementos estructura-les extracelulares que proporcionan sitios de fijación específicos para determinadas proteínas. Los lípidos, derivados grasos o aceitosos de hidrocarburos, sirven como componentes estructurales de las membranas, re-serva de combustible rico en energía, pigmentos y señales intracelulares.
  31. 31. Estructura Tridimencional Los enlaces covalentes y los grupos funcionales de las biomoléculas son de importancia central para su función, al igual que la distribución de los átomos de una biomolécula en el espacio tridimensional (su estereoquímica). Los compuestos de car-bono existen normalmente como estereoisómeros, molécu-las que contienen los mismos enlaces químicos pero con una estereoquímica diferente, es decir, con diferente configura-ción o relación espacial entre sus átomos constituyentes. Las interacciones entre las biomoléculas son invariablemente estereoespecíficas, lo que implica que las moléculas que interactúan deben tener una estereoquímica concreta.
  32. 32. Interacciones Estereoespecíficas Las interacciones biológicas entre moléculas son estereoespe-cíficas: su "encaje" debe ser correcto estereoquímicamente. La estructura tridimensional de las biomoléculas grandes y peque-ñas es de importancia primordial en sus interacciones biológi-cas: un reactivo con su enzima, una hormona con su receptor de membrana celular, un antígeno con su anticúenlo específico son ejemplos de ello.
  33. 33. Resumen Gracias a su versatilidad de enlace, el átomo de carbono puede producir una amplia variedad de esqueletos carbono-carbono con diversidad de grupos funcionales; estos grupos son los que confieren su personalidad biológica y química a las biomoléculas. Las células vivas contienen un conjunto casi universal compuesto por unos centenares de moléculas de baja masa molecular. Las proteínas y los ácidos nucleicos son polímeros lineales de subunidades monoméricas simples; sus secuencias contienen la información para definir su estructura tridimensional y sus funciones biológicas. La única manera de cambiar la configuración molecular es mediante la rotura de enlaces covalentes. Si un átomo de carbono tiene cuatro sustituyentes diferentes, éstos pueden ordenarse de dos modos diferentes, generando estereoisómeros con propiedades diferentes. De modo prácticamente invariable, las interacciones entre moléculas biológicas son estereoespecíficas: requieren el encaje complementario entre las moléculas que interactúan.
  34. 34. Fundamentos Físicos Las células han desarrollado, a lo largo de la evolución, mecanismos muy eficientes para el acoplamiento de la energía obtenida de la luz solar o de los combustibles con muchos pro-cesos celulares que consumen energía. Uno de los objetivos de la bioquímica es la comprensión, en términos químicos y cuan-titativos, de los mecanismos de extracción, canalización y con-sumo de la energía en las células vivas. Podemos considerar las conversiones de la energía celular en el contexto de las le-yes de la termodinamica.
  35. 35. Fundamentos físicos Los organismos vivos existen en un estado estacionario dinámico y no se encuentran nunca en equilibrio con los de su entorno. Los organismos transforman energía y materia de su entorno. Sistema, entorno, universo Aislado, Cerrado, Abierto Nutrientes, Luz solar. El flujo de electrones proporciona energía para los organismos.
  36. 36. Fundamentos físicos Las células no fotosintéticas extraen energía para sus necesidades mediante la oxidación de los productos ricos en energía. El DNA, el RNA y las proteínas son macromoléculas informati-vas. Además de usar energía química para formar los enlaces covalentes entre las subunidades de estos polímeros, las célu-las deben invertir energía para ordenar las subunidades en su secuencia correcta.
  37. 37. Fundamentos físicos La cuestión central de la bioenergética es el modo mediante el cual la energía obtenida de la luz o del metabolismo de los com-bustibles se acopla a la energía requerida por las reacciones celulares. Todas las reacciones químicas celula-res tienen lugar a una velocidad significativa gracias a la presencia de enzimas - biocatalizadores que provocan un gran incremento en la velocidad de reacciones químicas específicas sin consumirse en el proceso. Las células vivas no son sólo capaces de sintetizar simultánea-mente miles de clases diferentes de moléculas sino que ade-más son capaces de hacerlo en las proporciones precisas que son necesarias para la célula en cualquier situación
  38. 38. Metabolismo El metabolismo es la suma de muchas secuencias de reacciones interconectadas en las que se interconvierten metabolitos celulares. Cada secuencia está regulada de manera que produzca lo que la célula necesita en cada momento y consuma sólo la energía necesaria.
  39. 39. Resumen Las células vivas son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con su entorno, extrayendo y canalizando energía para mantenerse en un estado estacionario dinámico distante del equilibrio. La energía se obtiene de la luz solar o de los combustibles, conviniendo la energía de un flujo electrónico en energía de los enlaces químicos del ATP. La tendencia de una reacción química para llegar al equilibrio puede expresarse como la variación en su energía libre AG La mayor parte de las reacciones celulares tiene lugar a velocidades útiles porque existen enzimas que las catalizan. El metabolismo es la suma de muchas secuencias de reacciones interconectadas en las que se interconvierten metabolitos celulares. Cada secuencia está regulada de manera que produzca lo que la célula necesita en cada momento y consuma sólo la energía necesaria.
  40. 40. Fundamentos Genéticos Posiblemente, la propiedad más notable de las células y orga-nismos vivos es su capacidad para reproducirse con fidelidad casi perfecta a lo largo de incontables generaciones. Esta con-tinuidad de rasgos heredados implica que, a lo largo de millones de años, la estructura de las moléculas que contienen la infor-mación genética ha debido permanecer constante.
  41. 41. Fundamentos Genéticos  Acido desoxirribonucleico o DNA, los nucleótidos (o más exactamente, los desoxirribonucleótidos) de este polímero lineal, lleva codificadas las instrucciones para formar todos los demás componentes celu-lares y actúa además como molde para la producción de molé-culas idénticas de DNA que serán distribuidas a la progenie al dividirse la célula.  La estructura del DNA hace posible su replicación y reparación casi perfecta.  La secuencia lineal del DNA codifica proteínas con estructura tridimensionales.
  42. 42. Resumen La información genética está codificada en la secuen-cia lineal de cuatro desoxirribonucleótidos en el DNA. La molécula de DNA en doble hélice contiene un molde interno que permite su propia replicación y reparación. La secuencia lineal de aminoácidos de una proteína, codificada en el DNA del gen de esa proteína, da lugar a una estructura tridimensional proteica que es exclusiva para esa proteína. Ciertas macromoléculas individuales con afinidad específica para con otras macromoléculas forman complejos supramoleculares
  43. 43. Fundamentos Evolutivos El alto grado de similitud entre las vías metabólicas y las secuencias génicas de organismos, es un robusto argumento a favor de la hipótesis de que todos los organismos modernos comparten un progeni-tor evolutivo común y derivaron a partir de él a través de una larga serie de pequeños cambios (mutaciones) que conferían, en cada caso, mas ventaja selectiva a un organismo dado en un nicho ecológico concreto.
  44. 44. Fundamentos Genéticos A pesar de la fidelidad casi perfecta de la replicación genética, ciertos errores muy poco frecuentes que no han sido repara-dos durante la replicación del DNA producen variaciones en la secuencia nucleotídica del DNA, dando lugar a una mutación.
  45. 45. Fundamentos Genéticos Taller en el aula Luego de una lectura comprensiva del capitulo Fundamentos evolutivos. Exprese su criterio sobre la lectura realizada, a través de un mapa mental. Entregue el trabajo el miércoles 17 de octubre de 2012 en la hora de clase.
  46. 46. Gracias por su atención
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