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GENERALIDADES DE BIOQUIMICA

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GENERALIDADES DE BIOQUIMICA

  1. 1. BIOQUÍMICA: CLASE 1
  2. 2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Dra. MV Gladis Lilia Sandoval Objetivos de la Clase 1 •Dar a conocer los lineamientos de la materia, las modalidades de cursado y evaluación y las condiciones de regularización o promoción. Unidad Temática Nº 1: BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS •Delimitar el campo que abarca la Bioquímica, conocer sus implicancias, su importancia en Medicina Veterinaria, la terminología que emplea y los métodos de estudio. •Comprender la importancia del ambiente acuoso en los procesos bioquímicos que tienen lugar en la matriz vital y el rol de los compuestos inorgánicos y orgánicos.
  3. 3. Programa Analítico de Bioquímica Se desarrollan en la Clase 1 - GLS - Lu 09/04/2012 Intr. Teórica • UT 1: Bioquímica: definiciones e importancia. Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos. Clase Áulica (Seminario): • UT 1 y 2: Practicas s/Bioseguridad, Materiales e instrumentos de laboratorio, Ambiente celular.
  4. 4. Programa de la materia Unidad Temática Nº 1 BIOQUÍMICA Y BIOMOLÉCULAS a) Definición, alcances como disciplina y como ciencia interdisciplinaria. Bioquímica descriptiva y bioquímica dinámica. Objeto e importancia de la Bioquímica actual. Fuentes bibliográficas. Bioquímica y Medicina Veterinaria. Terminología científica. Métodos de estudio. Bioseguridad. b) Elementos que constituyen la materia orgánica, bioelementos. Clasificación y funciones de los principales bioelementos. Composición química de los seres vivos. Biomoléculas. Organización de la materia viva. Jerarquía de la organización molecular de las células. Biomoléculas presentes en orgánulos de células procariotas y eucariotas. Medios extra e intracelular. Agua y electrolitos. Estructuras molecular y macromolecular del agua; rol en los sistemas biológicos, acción como disolvente, ionización de la molécula y participación en el equilibrio iónico. Distribución del agua en el organismo animal; proporciones en los diferentes tejidos.
  5. 5. UT 1: Bioquímica, Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos. INTRODUCCIÓN TEÓRICA • Bioquímica: definiciones e importancia. • Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. • Agua. Bioelementos. CLASE PRÁCTICA ÁULICA / SEMINARIO • Bioseguridad • Materiales de laboratorio • Ambiente celular.
  6. 6. Definiciones y vocabulario Elementos comunes Origen de los vocablos Prefijos y sufijos
  7. 7. BIOQUÍMICA Es la ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas, reacciones químicas y procesos que ocurren en las células y microorganismos vivientes. La Bioquímica es la ciencia que estudia los seres vivos a nivel molecular mediante técnicas y métodos físicos, químicos y biológicos
  8. 8. Bioquímica descriptiva: estudia cada uno de los constituyentes de los seres vivos, para lo cual exige identificación, separación y purificación, determinación de estructuras y propiedades. Bioquímica dinámica: se ocupa de las reacciones químicas que acontecen en los sistemas biológicos, estudio del metabolismo. Objetivos: Comprensión integra, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas.
  9. 9. Importancia de la Bioquímica en las ciencias de la salud Raíces Relación con otras ciencias: * Acidos nucleicos- Genética * Función corporal- Fisiología * Técnicas bioquímicas y planteamiento inmunológicos-Inmunología * Metabolismo de drogas (reacción enzimática)- Farmacología * Venenos que alteran raecciones o procesos bioquímicosToxicología * Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología * Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos Terminología científica
  10. 10. Importancia de la Bioquímica en las Ciencias de la Salud • Todas las enfermedades (excepto las traumáticas), tienen un componente molecular. • Los modernos métodos de diagnóstico y las nuevas terapias han sentado las bases de la Patología Molecular.
  11. 11. ¿Qué es la Vida? Unidad dentro de la diversidad – Todos organismos vivos • Se componen de las misma clase de moléculas (moléculas biológicas) • Funcionan de manera semejante • Responden a las mismas leyes Físicas y Químicas que rigen el Universo • La vida es compleja y dinámica • La vida se organiza y mantiene a sí misma • Organización jerárquica • Necesita de aporte de energía y materia • Metabolismo y homeostasis
  12. 12. ¿Qué es la Vida? • La célula es la unidad fundamental de organización y funcionamiento de la vida • La vida necesita información biológica – Necesaria para su organización, funcionamiento y replicación – Es una información estructural • Secuencia de los genes --> proteínas --> funciones • La vida no es estática: se adapta y evoluciona – Todas las formas de vida tienen un origen común
  13. 13.  Niveles de organización de la materia: desde átomos hasta órganos y sistemas. Sistema (aparato digestivo) Órgano (hígado) Tejido (Tejido hepático) Célula (hepatocito) Organización Jerárquica de Organismos Multicelulares Orgánulo (núcleo) Molécula (DNA) Átomo (carbono)
  14. 14. Átomos c/ partículas subatómicas protones, neutrones y electrones Núcleo 10.000 veces menor que el átomo, c/ casi toda su masa. Cargas + = Protones y neutras = Neutrones Los electrones se ubican fuera en una nube alrededor del núcleo
  15. 15. número atómico = número de protones número de masa atómica = número de protones + neutrones El número de electrones en un átomo neutro = al número atómico • En general, los átomos de los elementos se representan con dos índices que preceden al símbolo específico, donde: • X es el símbolo del elemento químico • Z es el número de protones o número atómico • A es la masa atómica X A Z • El número de neutrones será la diferencia (A-Z). • En la tabla periódica de los elementos, éstos se ordenan en función de su numero atómico.
  16. 16. PROPIEDADES
  17. 17. BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOS y BIOMOLÉCULAS Tabla periódica Atomos y partículas subatómicas, propiedades, electronegatividad, valencia, uniones químicas, moléculas, grupos funcionales … Elementos y Bioelementos Isótopos
  18. 18. ELEMENTOS Las unidades más pequeñas son Son las formas básicas de ÁTOMOS MATERIA Las subatómicas incluyen NEUTRONES PROTONES Se combinan p/formar ELECTRONES MOLÉCULAS Se mantienen unidos por Núcleo Combinados para el NÚMERO MÁSICO Varía en Isótopos Determinan el NÚMERO ATÓMICO Constante p/ c/elemento Elemento Discurren en las CAPAS CON ELECTRONES C/2 ó más diferentes elementos COMPUESTOS UNIONES QUÍMICAS Se forman y se rompen en Pueden ser COVALENTES IÓNICAS Reacciones químicas Capa externa llamada Capa de Valencia Comparte electrones Transfiere electrones P/completar Octeto
  19. 19. Qué átomos componen la materia viva?
  20. 20. Abundancia (% relativo) Organismos Corteza Terrestre H C O N Ca y Na Mg y K P Si Otros
  21. 21. Varios átomos (iguales o distintos) unidos forman moléculas (porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas). Simples: moléculas con átomos iguales entre sí (O2). Compuestos: formados por átomos distintos (H2O).
  22. 22. Abundancia de los elementos en el agua de mar, el cuerpo humano y la corteza terrestre Agua de mar % Cuerpo Humano % Corteza Terrestre % H 66 H 63 O 47 O 33 O 25.5 Si 28 Cl 0.33 C 9.5 Al 7.9 Na 0.28 N 1.4 Fe 4.5 Mg 0.033 Ca 0.31 Ca 3.5 S 0.017 P 0.22 Na 2.5 Ca 0.0062 Cl 0.08 K 2.5 K 0.006 K 0.06 Mg 2.2 C 0.0014 Los valores se expresan como porcentaje sobre el número total de átomos En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres.
  23. 23. ¿Qué moléculas conocen?
  24. 24. Átomos (O, H, N, C, S, P) Moléculas (H2O, CO2, CH4, C6H12O6) Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDA
  25. 25. El análisis químico de la materia viva revela que está formada por una serie de elementos y compuestos químicos. Estos se denominan bioelementos; y, en los seres vivos, forman biomoléculas, que se pueden clasificar en: Orgánicas Inorgánicas (c/C,H,O,S,P) Agua 50-95% Glúcidos Sales minerales Lípidos Iones (Na+, K+, Mg++, Ca++ ) =1% Algunos gases: O2, CO2, N2, ... Proteínas Ácidos Nucleicos
  26. 26. Componentes moleculares de una célula de E. coli % del peso celular N° aprox. de especies moleculares diferentes Agua 70 1 Proteínas 15 3.000 ADN 1 1 ARN 6 >3.000 Polisacáridos 3 5 Lípidos 2 20 intermediarios 2 500 Iones inorgánicos 1 20 Ács. Nucleicos Monoméricos subunidades
  27. 27. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL TEJIDO OSEO Y MUSCULAR • • • • • • • Compuesto AGUA GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS OTRAS SUST.ORGÁNICAS OTRAS SUST.INORGÁNICAS Músculo 75 % 1% 3% 18 % 1% 1% Hueso 22 Escaso Escaso 30 Escaso 45
  28. 28. Biomoléculas inorgánicas: *El agua *Sólidos minerales: fosfato de calcio insolubles (formación de tejidos duros huesos y dientes) *Iones (disueltos en líquidos corporales y protoplasma celular) esenciales para funciones vitales
  29. 29. Biomoléculas Orgánicas •– Derivados de hidrocarburos • Combinaciones de C (principal), H, O, N, P y S. – Forman enlaces covalentes estables H3C-CH3 – Importancia del carbono: =C= | • Puede participar hasta en 4 enlaces covalentes –Cfuertes (complejidad y estabilidad estructural) | • Permite formar cadenas largas lineales o ramificadas
  30. 30. Biomoléculas • La mayoría son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). Ej. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos • Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y ciclos. • Al esqueleto carbonado se le añaden grupos • Hidroxilo • Carbonilo • Carboxilo • Amino • Sulfhidrilo • Fosfato de otros átomos, llamados grupos funcionales. • Los grupos funcionales determinan las propiedades químicas.
  31. 31. Biomoléculas •H2O •Proteínas •Lípidos •Glúcidos Las biomoléculas son las que naturalmente se encuentran en los sistemas biológicos donde cumplen funciones específicas. Entre ellas: •Nucleótidos y ácidos nucleicos. •Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos orgánicos. •Gases como CO2 y O2.
  32. 32. Definición de ser vivo 1. Organización y Complejidad. 2. Crecimiento y desarrollo. 3. Metabolismo. 4. Homeostasis 5. Irritabilidad 6. Reproducción y herencia.
  33. 33. 1.Organización y Complejidad. Teoría celular (unificadora) La unidad estructural de todos los organismos es la CÉLULA. Organismos  unicelulares ó más complejos multicelulares Multi ó Pluricelulares, dependen de la acción coordinada de las células que los componen, las cuales suelen estar organizadas en tejidos, órgano s, etc.
  34. 34. 2. Crecimiento y desarrollo... TODOS los organismos crecen. ..(aumento de tamaño cel., del n° de células o de ambos. ..). Las bacterias duplican su tamaño antes de dividirse nuevamente. .. Desarrollo = cambios q´ ocurren durante la vida de un organismo; el ser vivo completo se inicia como un óvulo fecundado.
  35. 35. 3. Metabolismo Todas las reacciones químicas de la célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación. ANABOLISMO: transforma sustancias sencillas en complejas, c/almacenamiento de energía, producc. de materiales celulares y crecimiento. CATABOLISMO: desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía.
  36. 36. 4. Homeostasis Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, ya que existe una tendencia natural a la pérdida del orden denominada entropía. P/mantenerse vivos y funcionar bien los organismos vivos deben mantener la homeostasis (del griego "permanecer sin cambio"). Ej. T°C corporal, pH, contenido de agua, concentración de electrolitos, etc. Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener la homeostasis del medio interno.
  37. 37. 5. Irritabilidad Los seres vivos detectan y responden a estímulos, que son cambios físicos y químicos del medio ambiente (interno como externo): Luz: intensidad, cambio de color, dirección o duración de los ciclos luzoscuridad. Presión. Temperatura. Composición química del suelo, agua o aire circundante. 6. Reproducción y herencia. ESENCIA misma de la VIDA Toda célula proviene de otra célula. La reproducción, puede ser asexual (sin recombinación de material genético) o sexual (con recombinación de material genético). La mayor parte de los seres vivos usan el ADN (ácido desoxirribonucleico) como soporte físico de su información. Otros, como los retrovirus, usan ARN (ácido ribonucleico) .
  38. 38. JERARQUÍA BIOLÓGICA EN BIOQUÍMICA
  39. 39. Célula Orgánulos Núcleo Mitocondria Cloroplasto Cuerpos de Golgi Asociaciones Supramoleculares peso de partícula 106 - 109 Ribosomas Complejos enzimáticos Sistemas contráctiles Microtúbulos Jerarquía de la organización molecular de las células Célula Macromoléculas peso molecular 103 - 109 Ácidos nucleicos Proteínas Polisacáridos Célula Intermediarios Piruvato peso molecular 50 - 250 Citrato Gliceraldehído 3fosfato Lípidos Unidades ó sillares estructurales Nucleótidos peso molecular 100 - 350 Monosacáridos Aminoácidos Ácidos grasos Glicerina Malato Precursores del entorno peso molecular 18 - 44 Dióxido de carbono Agua Oxígeno Amoníaco Nitrógeno
  40. 40. Jerarquía en la Estructura Celular
  41. 41. 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 por qué se transforman? • ¿Cómo obtienen la energía y la utilizan? • ¿Por qué son estructuras muy ordenadas? • ¿Cómo se transmite la información genética? • ¿Cómo se expresa y controla la información genética?
  42. 42. Métodos de estudio en Bioquímica Utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica. 1° In vitro; luego se integran p/aproximarse más a las células, órganos y organismos; y, por último, se desarrollan in vivo. Análisis: Cualitativo con técnicas de preparación y purificación y métodos de determinación de estructuras. Cuantitativo con técnicas de valoración y estudio del metabolismo en animales, a veces en el hombre o las que intentan reconstituir in vitro los fenómenos que se producen in vivo.
  43. 43. El análisis químico de la materia viva revela que está formada por una serie de elementos y compuestos químicos. Estos se denominan bioelementos; y, en los seres vivos, forman biomoléculas, que se pueden clasificar en: Orgánicas Inorgánicas (c/C,H,O,S,P) Agua 50-95% Glúcidos Sales minerales Lípidos Iones (Na+, K+, Mg++, Ca++ ) =1% Algunos gases: O2, CO2, N2, ... Proteínas Ácidos Nucleicos
  44. 44. Comparaciones Abundancia de los elementos en el agua de mar, animales y la corteza terrestre (gráficos, tablas) Composición de los seres vivos y de diferentes tejidos Conceptos y criterios de clasificación Bioelementos y biomoléculas, tipos, tamaños. Biomoléculas orgánicas e inorgánicas
  45. 45. BIOMOLÉCULAS PRIMORDIALES Ejemplo Grupo Func 1 Aminoácidos Lalanina -carboxilo Carbohidratos Dglucosa Lípidos Colesterol Bases Nitrogenadas Guanina Grupo Func 2 Grupo Func 3 Función 1 Función 2 Función 3 -amino Alquilo o Arilo Forman proteínas Precursores metabólicos - Hidroxilo Carbonilo o éter Homociclos, Heterociclos Forman polímeros Fuentes de energía Forman Ác. Nucleicos Alquilo Heterociclos Otros Estructurales Fuentes de energía Precursores metabólicos Heterociclos Forman ác. nucleicos Forman cofactores Forman mol. de energía Carbonilo Amino, imino o N Biomoléculas Principales biomoléculas que intervienen en el metabolismo.
  46. 46. MACROMOLÉCULAS BIOLÓGICAS Ejemplo 1 Componentes 2 3 Función 1 Función 2 Función 3 Estructural Catalítica - Hemoglobina aminoácidos Polisacáridos Sacarosa Monosacáridos - - Estructural Energética Precursores metabólicos Bases N Azúcares Fosfato Información - - Proteínas Ácidos Nucleicos ADN - -
  47. 47. Aminoácidos Proteínas Hormonas peptídicas Neurotransmisores Alcaloides tóxicos Adenina Ácidos nucleicos ATP Coenzimas Neurotransmisores Acido Palmítico Lípidos de membrana Grasas Ceras Glucosa Celulosa Almidón Fructosa Manosa Sacarosa Lactosa
  48. 48. Célula procariota Célula eucariota animal Célula eucariota vegetal
  49. 49. Los 3 dominios de la vida sobre la Tierra
  50. 50. Diferencias entre células procariotas y eucariotas Células procariotas Células eucariotas Tamaño 0,2- 5 µm de diámetro 10-50 µm diámetro Compartimentalización interna No Si, con varios tipos de organelas Localización del ADN Libre en citoplasma como nucloide En núcleo, con proteínas formando cromosomas Mecanismo de replicación División simple, tras replicación ADN Mitosis en células somáticas, meiosis en gametos Sustratos Simples (CO2 y N2) Cualquier molécula orgánica
  51. 51. H2O • Estructura del agua (arquitectura molecular) - Posibilita las interacciones débiles • Propiedades físicoquímicas – – – – – – – Acción disolvente Elevada fuerza de cohesión Elevada fuerza de adhesión Gran calor específico Elevado calor de vaporización Punto de fusión, ebullición Constante dieléctrica • Funciones biológicas • Ionización del agua – Disociación del agua – Producto iónico del agua – Concepto de pH – Sistemas tampón • Ósmosis y fenómenos osmóticos • Las sales minerales
  52. 52. Hibridación sp3 del oxígeno – Estructura tetraédrica – Geometría no lineal • Distinta electronegatividad de OeH •Molécula polar – Distribución asimétrica de los electrones de enlace – Carga parcial + (d+) cerca de los H y – (d-) cerca del O – Capacidad de formar enlaces de hidrógeno
  53. 53. Interacciones débiles en solución acuosa: El enlace de hidrógeno
  54. 54. Interacciones intra e intermoleculares en el ambiente celular • Electrostáticas • No polares • Propiedades biológicas y funciones del agua
  55. 55. * Cuando un átomo de hidrógeno de un enlace polarizado, se aproxima al átomo electronegativo de otra molécula, se forma un puente de hidrógeno. * Las moléculas de agua forman entre si puentes de hidrógeno. En promedio, cada molécula de agua forma 4 puentes en el hielo y 3.6 en el agua. * El agua es una molécula polar por la disposición espacial de sus enlaces polarizados. Su polaridad determina que sus moléculas interactúen con fuerza lo que se refleja en muchas de sus propiedades.
  56. 56. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA (*) Y COMPLEMENTARIA (*)BERG JM TYMOCZKO JL & STRYER L. BIOCHEMISTRY. Fifth Edition, 2002. W.H. (*)BLANCO, A.: Química Biológica, 7ma. ed., El Ateneo, Buenos Aires, 2000. (*)BOREL, J.P.; RANDOUX, A.; MAQUART, F.X.; LE PEUCH, C. & VALEIRE, J.: Bioquímica Dinámica, 1ra. ed. en español, Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 1989. (*)CAMPBELL, NA & REECE, JB. Biología. 7ª ed., Ed. Médica Panamericana, University of California, Riverside, Berkeley, California, 2007. http://www.medicapanamericana.com/campbell/ (*)CURTIS H y BARNES N S. Autores de la actualización de la 6º ed.: CURTIS, H; BARNES, NS; SCHNEK, A; FLORES, G. Biología. 7º. Ed., Panamericana, Buenos Aires, 2007. http://www.curtisbiologia.com/ (*)HERRERA, E.: Elementos de Bioquímica, 1ra. ed. en español, Interamericana, México, 1993. (*)LEHNINGER, A., NELSON, D.L. y COX, M.M. "PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA", editorial Omega, 3ª Edición, 2002. (*)McGILVERY, R.W. & GOLDSTEIN, G.W.: Bioquímica - Aplicaciones Clínicas, 3ra. ed. en inglés y 2da. En español, Nueva Editorial Interamericana, México, 1986. (*)MURRAY, R; GRANNER, D; MAYES, P & RODWEL, V: Bioquímica de Harper, 15ta. ed., El Manual Moderno, México, 2000. (*)ROSKOSKI, R. Bioquímica. McGrow-Hill. 2000. (*)VOET, D. y VOET, J. G. "BIOQUIMICA", 3º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2006. www.medicapanamericana.com (*)VOET, D; VOET, JG & PRATT, ChW. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2007. www.medicapanamericana.com BRESCIA, F.; ARENTS, J.; MEISLICH, H. & TURK, A.: Fundamentos de Química, 3ra. ed., Compañía Editorial Continental, México, 1980. CHURCH, D.C.: Fisiología digestiva y nutrición de los rumiantes, Vol. 1, 2 y 3, Acribia, Zaragoza, España, 1983. CONN, E.E. & STUMPF, P.K.: Bioquímica fundamental, 3ra. ed., Limusa, México 1977. DE ROBERTIS, NOWINSKI, SAEZ. Biología Celular. 12da. Ed. Bs. As., El Ateneo, 1998. DEVLIN T. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. 2 Tomos. 3ª Edición. Editorial Reverté 1999, 2000. HENRY, J.B.: Todd-Sanford-Davidsohn Diagnóstico y Tratamiento Clínicos por el Laboratorio, Tomos I y II, 8va. ed., Promotora Editorial, México, 1991. KOLB, GURTHER, KETZ, SCHRODER, Y SEIDEL. Fisiología Veterinaria. 2a. ed. española. Zaragoza, Acribia, 1976. LEHNINGER, Albert. Bioquímica. 3a. ed. Barcelona, Omega, 1979. LINDQUIST R. Bioquímica, problemas. Interamericana Mc Graw- Hill (1991). MAIDANA, Sergio. Bioquímica de la digestión ruminal. 1a. ed. Resistencia, Moro, 1982. MATHEWS C., VAN HOLDE K., AHERN K G. Bioquímica. 3º Edición. Addison Wesley, 2002. MAYNARD. Nutrición animal. 7ma. Ed, 1981. MONTGOMERY. Bioquímica, casos y texto, 6ta. Ed, 1998. MONTGOMERY; DRYER; CONWAY & SPECTOR: Bioquímica Médica, 1ra. ed. en español, Salvat Editores, Barcelona, España, 1984. NIEMEYER, H.: Bioquímica, 2da.ed., Intermédica, Buenos Aires, 1974. RAWN J. D. Tomos I y II.. –Bioquímica-1ra. Edición. Ed. Interamericana - McGraw-Hill. 1989. STRYER L.. Bioquímica. Ed. Reverté, 1995. VILLEE S. Biología. 4ta. ed , 1998. W.H. Freeman, New York. EN: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=stryer.TOC&depth=10
  57. 57. • La estructura del agua en estado sólido (hielo) es un ejemplo del efecto acumulativo de muchos enlaces de hidrógeno. • El agua sólida da lugar a una red estructural regular que corresponde al estado cristalino. Forma estructuras geométricas de 24 lados (eicosatetraedro). • Debido a la estructura abierta, el agua es una de las muy pocas sustancias que se expande en el congelamiento.
  58. 58. Enlaces de hidrógeno -Son enlaces más débiles que los covalentes -El enorme número de puentes hidrógeno en el agua le confieren al estado líquido una enorme cohesión -Dado que las moléculas se encuentran en constante movimiento, los enlaces de hidrógeno se forman y se rompen permanentemente.
  59. 59. Disolución de sustancias • Sustancias iónicas y polares (moléculas orgánicas pequeñas con uno o más átomos electronegativos ej. alcohol, aminas, ácidos. La atracción entre los dipolos de esas moléculas y el dipolo del agua hacen que tiendan a disolverse. Se clasifican como hidrofílicas. *El agua disuelve bien a las sustancias polares e iónicas. *En las moléculas biológicas abundan grupos polares e iónicos (OH, SH, COO-, NH3+, PO4-) que facilitan su disolución.
  60. 60. Propiedades físico-químicas del agua : • a)Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.
  61. 61. Interacciones electrostáticas El agua disuelve muchas sales cristalinas al hidratar sus componentes. El ClNa en estado cristalino de disuelve en agua, separando sus iones Cl- y Na+, dando lugar a iones hidratados.
  62. 62. Interacciones no polares
  63. 63. Insolubilidad de sustancias apolares: efecto hidrofóbico
  64. 64. • Una molécula puede tener porciones polares (hidrofílicas) y no polares (hidrofóbicas). Son sustancias anfipáticas. Ej un ácido graso de cadena larga tiene un ácido carboxílico polar (cabeza) y una larga cadena hidrocarbonada C e H no polar (cola). • En presencia de agua, un compuesto de este tipo tiende a formar estructuras llamadas micelas.
  65. 65. b) Elevada fuerza de adhesión. Los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. c) Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible.
  66. 66. d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de proteccción para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura. e) Elevado calor de vaporización A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor. Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrádos para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración.
  67. 67. f) Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos. g) Punto de ebullición Temperatura en que el agua pura cambia al estado de vapor, es de 100º C a nivel del mar. h) Punto de fusión Temperatura en que el agua cambia del estado sólido a líquido. Es de 0º C y puede disminuir en presencia de solutos electrostáticos.
  68. 68. Propiedades biológicas • Disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares. Incluso moléculas biológicas no solubles (ej. lípidos) como dispersiones coloidales • Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación-reducción • Permite la difusión (principal transporte de muchas sustancias nutritivas). • Termorregulador, permitiendo la vida en una amplia variedad de ambientes térmicos • Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura celular.
  69. 69. Funciones del agua Relacionadas con las propiedades • Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas • Amortiguador térmico • Transporte de sustancias • Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos • Favorece la circulación y turgencia • Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos • Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.
  70. 70. Disociación del agua
  71. 71. Disociación del agua. Producto iónico del agua agua molecular (H2O ) iones hidroxilo (OH-) protones hidratados (H3O+ ) Se puede considerar una mezcla de: 2H2O H3O+ OH- En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25ºC es :
  72. 72. Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. H2O H3O+ + OH- Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.
  73. 73. Potencial Hidrógeno (pH) pH de fluidos biológicos pH = -log [H+] Medida química de la acidez o alcalinidad (basicidad) de la materia. Escala de pH: se construye en función de la constante de equilibrio de disociación ácida (Ka) del agua = 0.0000001, expresada abreviadamente por su logaritmo decimal o base 10: log 0.0000001 = -7 (esto es por los siete ceros) Al multiplicar esta función por -1, se obtiene un valor positivo: -log 0.0000001 = 7. Por lo tanto, el pH o potencial de hidrógeno del agua tiene dicho valor, 7.
  74. 74. Relación entre el pH y las concentraciones de H+ y OH- en el agua. Dado que el producto de [H+] y [OH-] es una constante [10-14], [H+] y [OH-] están inversamente relacionadas pH
  75. 75. Escala de pH (Acidos y Bases débiles)
  76. 76. 2 HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O
  77. 77. Amortiguadores • La capacidad de una disolución para minimizar los cambios de pH producidos por la adición de un ácido o una base se llama capacidad de amortiguación. • Los fluidos intracelulares y extracelulares poseen esta capacidad, que se necesita para el mantenimiento de la vida en un organismo.
  78. 78. Sistemas tampón o buffer Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica. Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7, Plasma sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.

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