INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONÍAFACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AMBIENTALES

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROFORESTAL ACUÍCOLAASIGNATURA: BIOQUÍMICA Y GENÉTICA

M.Sc. Blga. Acui. Nadhia M. Herrera Castillo

1era Semana

Biomoléculas Inorgánicas: Agua, Sales minerales, pH, Buffers y Orgánicas

La Bioquímica: La ciencia que estudia la naturaleza y el comportamiento químico de la materia viva (Mertz, 1971).La ciencia que se ocupa del estudio de los compuestos químicos que forman parte de los seres vivos y de sus funciones y transformaciones durante los procesos vitales.

•La Bioquímica se divide en tres áreas:• Bioquímica estática: Estudia las moléculas

orgánicas.• Bioquímica dinámica: Estudia los procesos de

transformación de unas moléculas en otras.• Bioquímica molecular: Estudia el comportamiento

biológico de las moléculas.

INTRODUCCIÓN

LOS BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

• Componente más abundante en los seres vivos, aproximadamente un 70% de un ser vivo es agua (2/3 dentro de las células y 1/3 en el medio extracelular).

• Medio de disolución y medio donde se dan los procesos químicos.• Es un medio vital, tanto en organismos unicelulares como acuáticos.• Es una sustancia muy reaccionable en procesos como la fotosíntesis, la

respiración celular o las reacciones de hidrólisis.• Hizo posible el origen de los seres vivos hace más de 3600 millones de años.

Unión de un átomo de oxígeno con dos átomos de hidrógeno.

Molécula dipolar. El átomo de oxígeno es más electronegativo que los de hidrógeno y atrae parte de sus electrones.

El Agua

En los organismos puede hallarse en estado libre o ligada

Agua libre: Representa el 95% del agua total y es la parte usada principalmente como solvente para los solutos y como medio dispersante del sistema coloidal del protoplasma.

Agua ligada: Representa el 4 o 5% y está unida a proteínas por uniones de hidrógeno.

FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA

Distribución del agua en el Hombre

  

Adultos Lactantes♂ ♀

Porcentaje del peso corporal (%)AGUA TOTAL 60 50 75

1. Intracelular 40 30 40

2. Extracelular 20 20 352.1. Vascular 4 4 52.2. Intersticial 16 16 30

Un adulto joven promedio

18% de su peso corporal proteínas15% grasas7% minerales60% AGUA

La regulación del equilibrio hídrico es compleja, pero depende en gran parte de mecanismos hipotalámicos que controlan la sed; la hormona antidiurética (ADH) y la actividad renal.

La regulación del equilibrio del agua tiene lugar sobre todo por la reabsorción del agua en el riñón: Este proceso se regula por el sistema de renina-angiotensina-aldosterona-vasopresina.

• Son moléculas inorgánicas formadas por el catión procedente de una base y un anión procedente de un ácido. Existen 2 formas:

• FORMA PRECIPITADA (ESTADO SÓLIDO), INSOLUBLES. Constituyen estructuras de sostén y protección, siendo la principal la formación de esqueletos, ya sean endoesqueletos (constituyendo los huesos) o exoesqueletos. • Carbonato cálcico. (CaCO3)• Fosfato cálcico.• Silicatos. • SALES DISUELTAS Y POR TANTO, SOLUBLES. • Lo más habitual es encontrar las sales ionizadas en sus iones correspondientes,

aniones o cationes, formando parte de los medios internos intracelulares y extracelulares.

• Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son los cloruros (Cl-), fosfatos (PO-3

4), fosfatos monoácidos (HPO-24), carbonatos (CO-2

3), bicarbonatos (HCO-

3) y nitratos (NO-3).

• Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son el sodio (Na+), el calcio (Ca2+), el potasio (K+), el magnesio (Mg2+) y el hierro (Fe2+ y Fe3+).

Estos iones, a su vez, pueden asociarse a moléculas orgánicas, lo que les permite realizar funciones que por sí solos no podrían, e igualmente la molécula a la que se asocia no podría cumplirlas, si no estuviera asociada al ión.

SALES MINERALES

Función General: Mantenimiento de la homeostasis (equilibrio del medio interno) Funciones fisiológicas y bioquímicas:

Función catalítica: Regulan la actividad enzimática. La presencia de determinados cationes

(Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+) activa o inhibe reacciones bioquímicas (actúan como cofactores enzimáticos).

La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno en la sangre porque está unida a un ión Fe2+.

Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe3+.

La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis porque contiene un ión Mg2+ en su estructura.

Generar potenciales eléctricos: Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio externo, de modo que a ambos lados de la membrana existe una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existencia de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica. Estabilizar las dispersiones coloidales: Las sales minerales mantienen el grado de hidratación, y su disociación en iones contribuye a mantener en suspensión las partículas coloidales. Función nutriente: Los organismos autótrofos utilizan determinadas sales (PO-3

4, NO-3, etc. ), para sintetizar compuestos orgánicos.

Funciones de las sales minerales disueltas

Mantener una concentración osmótica adecuada: Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma, líquido

cefalorraquídeo, etc.) Son disoluciones de agua (disolvente) y sales (soluto), de manera

que la regulación de la concentración de soluto resulta de vital importancia para la célula y el propio organismo.

A los procesos que dependen de éste equilibrio se les llama procesos osmóticos.

Mantener el pH en estructuras y medios biológicos: La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un

determinado valor de pH y Las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos provocan

que ese pH sufra variaciones.

Medida que expresa el grado de acidez o basicidad de una solución en una escala que varía entre 0 y 14. La acidez aumenta cuando el pH disminuye. Una solución con un pH menor a 7 se dice que es ácida, mientras que si es mayor a 7 se clasifica como básica. Una solución con pH 7 será neutra. El valor de pH representa el menos logaritmo en base diez de la concentración (actividad) de iones hidrógeno [H+]. Como la escala es logarítmica, la caída en una unidad de pH es equivalente a un aumento de 10 veces en la concentración de H+. Entonces, una muestra de agua con un pH de 5 tiene 10 veces más H+ que una de pH 6 y 100 veces más que una de pH 7.

pH (potencial de Hidrógeno)

AMORTIGUADORES, BUFFER O TAMPONES

Los sistemas encargados de evitar grandes variaciones del valor de pH son los denominados “amortiguadores, buffer, o tampones”.

Son por lo general soluciones de ácidos débiles y de sus bases conjugadas o de bases débiles y sus ácidos conjugados.

TAMPONES FISIOLÓGICOS

• Son los sistemas encargados de mantener el pH de los medios biológicos dentro de los valores compatibles con la vida.

Tampones orgánicos. • Las proteínas y aminoácidos como tampón. Los aminoácidos y

proteínas son electrolitos anfóteros, es decir, pueden tanto ceder protones (ácidos) como captarlos (bases).

• Tampón hemoglobina. Es un tampón fisiológico muy eficiente debido que experimenta al pasar de la forma oxidada a la reducida. Esta propiedad de la hemoglobina, permite el transporte de una determinada cantidad de CO2 liberada en los tejidos.

• Tampones inorgánicos.• Tampón carbónico/bicarbonato. Es un sistema muy eficaz debido a que:

1) La relación HCO3-/ H2CO3 es muy alta (20/1), lo que le proporciona una alta capacidad tampón frente a los ácidos; 2) es un sistema abierto, con lo que el exceso de CO2 puede ser eliminado por ventilación pulmonar de manera rápida; y 3) además, el HCO3- puede ser eliminado por los riñones mediante un sistema de intercambio con solutos.

• Tampón fosfato. La concentración de fosfato en la sangre es baja (2 mEq/L) por lo que tiene escasa capacidad de tamponar si lo comparamos con otros tampones (ej el bicarbonato). En cambio, a nivel intracelular, las concentraciones de fosfato son elevadas lo que le convierte en un tampón eficiente.

CARBOHIDRATOS (GLÚCIDOS, AZÚCARES, SACÁRIDOS)

Químicamente son aldehídos o cetonas polihidroxilados, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción, sustitución o polimerización.

FÓRMULA EMPÍRICA: (CH2O)n ; n ≥ 3 ORIGEN. La glucosa es el carbohidrato más abundante en la naturaleza.

También se le conoce como azúcar sanguínea, azúcar de uva, o dextrosa. Los animales obtienen glucosa al comer plantas o al comer alimentos que la contienen. Las plantas obtienen glucosa por un proceso llamado fotosíntesis.

Los mamíferos pueden convertir la sacarosa (azúcar de mesa), lactosa (azúcar de la leche), maltosa y almidón en glucosa, la cual es oxidada para obtener energía, o la almacenan como glucógeno (un polisacárido). Cuando el organismo necesita energía, el glucógeno es convertido de nuevo a glucosa. La glucosa puede convertirse a grasas, colesterol y otros esteroides, así como a proteínas. Las plantas convierten el exceso de glucosa en un polímero llamado almidón (el equivalente al glucógeno), o celulosa , el principal polímero estructural.

• CLASIFICACIÓN. Monosacáridos o Azúcares Simples: No pueden

ser hidrolizados a moléculas más pequeñas.• El sufijo osa se emplea en la nomenclatura

sistemática de los carbohidratos para designar un azúcar reductor, que es un azúcar que contiene un grupo aldehído o un grupo α-hidroxicetona.

• Por el grupo funcional: a) ALDOSA grupo ALDEHÍDO. b) CETOSA grupo CETÓNICO • Por el número de CARBONO: a) TRIOSA 3 C

b) TETROSA 4 C c) PENTOSA 5 C

d) HEXOSA 6 C

Oligosacáridos: Contienen de dos hasta diez unidades de monosacáridos.1.-Disacáridos: Producen dos moléculas de monosacáridos por hidrólisis.

a) Reductores: Reducen el Fehling, Benedic,o Tollens.b) No reductores: No reducen a los reactivos anteriores.

2. Trisacáridos: producen tres moléculas de monosácaridos por hidrólisis.3. Tetra-.........Decasacáridos: Producen cuatro........a diez moléculas de monosacáridos por hidrólisis

Polisacáridos: Producen más de diez moléculas de monosacáridos por hidrólisis.1. Homopolisacáridos: Producen un solo monosacárido por hidrólisis.2. Heteropolisacáridos: Producen más de una clase de monosacáridos por hidrólisis.