IQ LAURA SOFIA RAMIREZ WILCHES

CIENCIAS BIOLOGICAS

1. Leer Capitulo 1 de Bioquímica de Mathews y hacer un cuadro comparativo donde muestre como se relaciona la bioquímica con otras ciencias.

2. ¿Qué es glucólisis, gluconeogénesis, y metabolismo del glucógeno?

3. ¿Qué es la fotosíntesis y cuales son sus reacciones?

4. ¿Cómo se metabolizan los lípidos? ¿Qué es la oxidación lipídica ( de ácidos grasos)?

La bioquímica es la ciencia que explica la vida utilizando el lenguaje de la química, estudia los proceso biológicos a nivel molecular empleando técnicas químicas, física y biológicas.

El objetivo fundamental de la bioquímica consiste entonces, en estudiar la estructura, organización y las funciones de los seres vivos desde el punto de vista molecular.

BIOQUIMICA

La bioquímica puede dividirse en tres grandes campos 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.

La bioquímica es una ciencia médica y biológica fundamental que ayuda a comprender la biología celular, la microbiología, la nutrición, la farmacología y la fisiología molecular.

El esclarecimiento de los mecanismos de los procesos patológicos (patogénesis) es uno de los objetivos de la bioquímica médica.

Además, el conocimiento de la bioquímica es útil en el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades, y las pruebas que se realizan en los laboratorios de química clínica se utilizan para vigilar el tratamiento.

BIOTECNOLOGÍA

Es una disciplina esencial para abordar los grandes problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales como el cambio climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de población mundial, el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles, la aparición de nuevas formas de alergias, el aumento del cáncer, las enfermedades genéticas, la obesidad, etc.

PATOLOGÍA

Es el estudio y la diagnosis de la enfermedad a través del examen de órganos, de tejidos, de líquidos corporales, y de cuerpos enteros, también abarca el estudio científico relacionado de los procesos de la enfermedad, llamado patología general.

AGRONOMÍA

La bioquímica proporciona a los ingenieros agrónomos y pecuarios métodos efectivos para el aumento de los cultivos el desarrollo y mejoramiento de masa animal, tanto desde el punto de vista cuantitativo como cualitativo.

La aplicación de sistemas moderno de producción tiene como base la investigación que proporciona mayor rendimiento y desarrollo económico, investiga formas de mejorar la nutrición del hombre y de los animales.

En la bioquímica el ingeniero agropecuario halla fundamentos científicos que le permiten encaminar adecuadamente la autoconservación y la autoproducción que es la base fundamental para el aumento de la producción agropecuaria.

FARMACOLOGÍA

Es el estudio unificado de las propiedades de las sustancias químicas y de los organismos vivientes y de todos los aspectos de sus interacciones, orientado hacia el tratamiento, diagnóstico y prevención de las enfermedades.

ENDOCRINOLOGIA

Es el estudio las secreciones internas llamadas hormonas, las cuales son sustancias producidas por células especializadas cuyo fin es de afectar la función de otras células.

La endocrinología trata la biosíntesis, el almacenamiento y la función de las hormonas, las células y los tejidos que las secretan, así como los mecanismos de señalización hormonal.

Existen subdisciplinas como la endocrinología médica, la endocrinología vegetal y la endocrinología animal.

NUTRICIÓN

Cuando comemos nos alimentamos, para que esos alimentos se conviertan en nutrientes, es decir, vitaminas, minerales, antioxidantes, aminoácidos esenciales, etc, necesitamos de la bioquímica para que mediante catalizadores lleven los adecuados nutrientes a las células.

INMUNOLOGÍA

Área de la biología, la cual se interesa por la reacción del organismo frente a otros organismos como las bacterias y virus.

ENFERMERÍA Las aplicaciones de la bioquímica a la enfermería son fundamentalmente es el comprender cómo funciona nuestro organismo, el entender de donde vienen los parámetros analizables que son indicadores de enfermedades, comprender mejor las bases moleculares de las enfermedades y así ofrecer un cuidado al enfermo sabiendo lo que se hace, y también estar abierto a nuevos cuidados y curas que cada vez serán más sofisticados y personalizados y que requieren de un conocimiento más profundo de la bioquímica humana.

LA GENÉTICA

Se ha enriquecido extraordinariamente cuando una buena parte de su problemática ha podido abordarse con técnicas bioquímicas; y así, los recientes descubrimientos en este campo han hecho posible dar una explicación a nivel molecular de la transmisión de los caracteres hereditarios.

Los trabajos de Watson y Crick y de Nirenberg, Kornberg y Ochoa han contribuido al gran desarrollo que hoy ha llegado a alcanzar la Genética tras esta fértil confluencia con la Bioquìmica.

QUÍMICA Los métodos que emplea el bioquímico para

abordar el estudio de la materia viva son en su mayor parte métodos químicos.

Por tanto, muchos de los avances de la Química redundan inmediatamente en un perfeccionamiento de las técnicas que el bioquímico tiene a su disposición.

Por otra parte, éste necesita poseer una amplia gama de conocimientos de Química orgánica y Química Física para comprender mejor los mecanismos de las reacciones enzimáticas y la estructura y comportamiento de las macromoléculas.

METABOLISMO

Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos que ocurren en una célula y en el organismo para poder cambiar químicamente la naturaleza de ciertas sustancias Puede subdividirse en dos categorías principales: catabolismo, procesos en los que las sustancias complejas

se degradan a moléculas más sencillas (LIBERACIÓN DE ENERGÍA)

anabolismo, que son los procesos relativos

fundamentalmente a la síntesis de las moléculas orgánicas complejas (CONSUME ENERGÍA)

METABOLISMO

nivel 1: la interconversión de los polímeros y los lípidos complejos con los intermediarios monoméricos.

nivel 2: la interconversión de los azúcares monoméricos, los aminoácidos y los lípidos con los compuestos orgánicos aun más sencillos

nivel 3: la degradación final hasta, o la síntesis a partir de, compuestos inorgánicos, como CO2 , H20 y NH3

RUTAS METABOLICAS

Metabolismo intermediario:

Comprende Todas las reacciones relacionadas con el almacenamiento y la generación de energía metabólica y con el empleo de esa energía en la biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular (intermedios) y compuestos de almacenamiento de energía.

Sus reacciones no implican un molde de ácido nucleico ( la información está incluida en la enzima catalizadora)

Metabolismo energético:

Es la parte del metabolismo intermediario formada por las rutas que almacenan o generan energía metabólica.

CONCEPTOS CLAVE

Rutas centrales:

Explican las cantidades relativamente grandes de transferencia de masa y de generación de energía que se producen en el interior de una célula; son las ruta s principales desde el punto de vista cuantitativo.

Comprenden la oxidación de las moléculas de combustible y la síntesis de biomoléculas pequeñas a partir de los fragmento s resultantes

CONCEPTOS CLAVE

1. GLUCOLISIS (Nivel 2)

2. Ciclo del ácido cítrico (nivel 3): Metablosimo oxidativo

3. B-oxidación de lípidos

4. Oxidación de aminoácidos

5. Gluconeogénesis

6. Fotosintesis

RUTAS CENTRALES DEL METABOLISMO ENERGETICO

1. Sustituciones nucleófilas

2. Adiciones nucleófilas

3. Condensaciones carbonílicas

4. Eliminaciones

5. Oxidaciones y Reducciones

TIPOS DE REACCIONES BIOQUIMICAS

Un nucleófilo sustituye a un segundo nucleófilo (el grupo de salida) en un átomo de carbono con hibridación sp3

NUCLEOFILO: es u n a sustancia « amante del núcleo » , com un átomo polarizado n egativamente y con n abundantes electrones, que puede formar un enlace al donar un par de electrones a un átomo con deficiencia de ellos.

ELECTRÓFILO: es u n a sustancia «amante de electrones», con un átomo polariz ado positivamente y con deficiencia de electrones, que puede formar un enlace al aceptar un par de electrones de un átom o con abundancia de ellos.

SUSTITUCIONES NUCLEÓFILAS

Las sustituciones nucleófilas se producen mediante mecanismos SN1 o SN2.

En el mecanismo SN1 (Sustitución , Nucleófila, unimolecular), el grupo de salida (Y:- ) sale y los electrones enlazantes generan un intermediario carbocatión, antes de que llegue el ataque nucleófilo (X:- ). Las reacciones SN1 retienen la configuració n o dan lugar a uma racemización del centro reactivo.

E n el mecanism o SN2 (Sustitució n , Nucleófila, Bimolecular), el nucleófilo atacante se acerca a u n lado del centro electrófilo, mientras que el grupo de salida permanece unido parcialmente al otro lado, lo que da lugar a un intermedio pentavalente de transición.

Una clase muy importante de reacción de sustitución en bioquímica es la sustitución nucleófila acilica de los derivados de ácido carboxílico

Tienen lugar con mayor facilidad cuando el c arbono carbonilo está unido a un átomo electronegativo (como O o N ) o a un átomo muy polarizable (com o S), que pueda estabilizar u n a carga negativa

El carbonilo de los aldehidos y cetonas no es un buen grupo de salida por estar enlazado con C y H (no estabilizan cargas negativas)

Estos grupos producen reacciones de adición nucleófila: por ejemplo el enlace peptídico.

ADICIONES NUCLEOFILAS

La formación de enlaces C — C nuevos es u n elemento esencial en el metabolismo y la condensación de dos compuestos carbonilo es una estrategia habitual en muchas rutas de biosíntesis.

Una condensación carbonílica depende de la acidez débil del hidrógeno carbonílico a, produciendo un carbanión , que está en resonancia con un ion enolato nucleófilo.

CONDENSACIONES CARBONÍLICAS

El ion enolato, estabilizado por resonancia, se añade de forma nucleófila al carbono electrófilo de un segundo carbonilo, formando un enlace C — C nuevo

Cuando el segundo carbonilo es u n aldehido o una cetona (condensación aldólica), esta adición nucleófila produce un intermedio oxianión, que está protonado para dar un producto /í-hidroxicarbonilo .

Cuando el segundo carbonilo es u n éster (condensación de Claisen), el oxianión intermedio expulsa el éster alcóxido (RO— ) como grupo de salida, dando un producto fl-ceto.

Las condensaciones carbonílicas dan así lugar a un nuevo enlace en re el carbono carbonilo de un reactante y el carbono a del otro.

Las reacciones de eliminación pueden tener lugar por diversos mecanismos, pero el más habitual implica un intermediario carbanión

El reactante, frecuentemente es un /í-hidroxicarbonilo (donde X = O H ) , en el que el átomo de H que va a eliminarse se hace más ácido al colocarse al lado de un grupo carbonilo

Una base extrae el protón para dar un intermedio carbanión (estabilizado por resonancia con el enolato ) que pierde 0 H ~ para formar el doble enlace C = C .

Los compuestos /i-hidroxicarbonilo se deshidratan con facilidad mediante estas reacciones de eliminación

ELIMINACIONES

Las reacciones redox implican la transferencia reversible de electrones desde un donador (el reductor) a un aceptor (el oxidante).

OXIDACIONES Y REDUCCIÓN

En los sistemas vivos, la mayor parte de la energía necesaria para las reacciones de biosíntesis procede de la oxidación de sustratos orgánicos. La energía libre desprendida de las reacciones de oxidación biológica es igual que a la desprendida por reacciones de oxidación no biológicas.

OXIDACIÓN BIOLOGICA

Ox. Biológica: produce energía

química, sin aumento de T

Ox. No biológica: Produce calor,

energía térmica.

Estequiometria de la combustión de glucosa

Estequiometria de acoplamiento obligado para la glucosa:

CADENA RESPIRATORIA: Cadena de transporte electrónico que permite el transporte de los electrones intermedios hasta el oxigeno (aceptor electrónico terminal)

La combustión de las grasas proporciona más energía calorífica que la combustión de una masa equivalente de carbohidratos . (tienen mas protones y electrones que pueden combinarse con el O2 para formar CO2)

COCIENTE RESPIRATORIO: (CR)

Moles de CO2 producidas/Moles de O2 Requeridas

Entre mas bajo es este cociente, mas contenido energético tiene la sustancia oxidada.

Moles de átomos de H2 requeridos para la reducción del O2

Se requieren 2 equivalentes reductores para reducir el O2 a agua.

La degradación de compuestos

produce energía y equiv. reductores

La síntesis de compuestos

requiere energía y equiv. reductores

NAD, NADH Y NADP, NADPH

Las células intercambian la energía liberada en la rotura del ATP para llevar a cabo funciones esenciales, a menudo conviritiendo la energía química liberada en la hidrólisis del ATP en otras formas de energía (energía mecánica en

la contracción muscular, energía eléctrica en la conducción de los impulsos nerviosos, etc).

El ATP sirve como donador inmediato de energía libre, esto es, se forma y se consume continuamente.

Como funciona el ATP en el metabolismo

El ATP ayuda a mantener las concentraciones de los metabolitos bajas, mediante la activación de intermedios metabólicos.

El ATP permite que se tenga un control cinético sobre las reacciones de los sustratos a nivel intracelular (los coeficientes de acoplamiento del ATP son diferentes para las reacciones o rutas opuestas)

Otros compuestos fosforados con alta energía pueden ser la creatina fosfato y la arginina fosfato (que permiten sintetizar ATP en los organismos)

Escriba una ecuación equilibrada para la oxidación completa de cada una de las siguientes sustancias y calcule el cociente respiratorio de cada una.

1. Etanol.

2. Ácido acético.

3. Fructosa

4. Ácido oleico.

5. Ácido linoleico.

TALLER: Oxidación biológica