BIOQUIMICA

Miriam Rosario Arnéz Camacho

Unidad I La Bioquímica y su relación con otras ciencias

1. Introducción 1.1. Concepto de Bioquímica2. Objetivo3. Procesos químicos y la materia viva4. División de estudio de la Bioquímica5. Bioquímica y su relación con otras ciencias 5.1. Bioquímica como disciplina y ciencia

interdisciplinar 6. Base Bioquímica de Salud y enfermedad7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual

1. Introducción

La Bioquímica “Química de la vida”, es la

ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas o constituyentes químicos que se encuentran presentes en las células y organismos vivos, y de las reacciones químicas que ocurren en ellas.

2. Objetivo

Pretende describir y explicar la estructura, la composición, la organización, los procesos o reacciones químicas, así como también la regulación metabólica y las funciones de la materia viva en términos moleculares.

Para lograr este objetivo los bioquímicos han necesitado:

• Aislar las numerosas moléculas o constituyentes de que se componen las células

• Determinar su estructura química

• Analizar la forma en la que funcionan y como se organizan para su nueva creación

• Intentar comprender la forma como comienza la vida

•

• La bioquímica abarca la biología celular y la genética para dar lugar a una verdadera biología molecular, que es el objeto de la bioquímica actual.

3. Procesos químicos y la materia viva

Donde hay vida ocurren los procesos químicos …. ¿ Y donde se estudian los procesos químicos?

En las células

• Microorganismos• Vegetales• Insectos• Peces• aves

• Mamíferos inferiores • Mamíferos

superiores• Seres humamos

(Interés de estudio de las Ciencias Médicas)

• Todas las formas de vida desde la célula bacteriana más pequeña hasta el ser humano, están formadas por los mismos elementos químicos, que se utilizan para elaborar los mismos tipos de moléculas.

LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO

LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO

• La continuidad de procesos bioquímicos refleja el origen evolutivo común de todas las células y organismos.

Los estudios de estequiometria, del mecanismo de reacciones químicas y de los principios básicos de la termodinámica, han contribuido favorablemente en la comprensión y estudio de la Bioquímica.

Estudios que son importantes para comprender: • De que manera las

plantas obtienen energía de la luz del sol .

Estudios que son importantes para comprender: • Como obtienen los

animales y el hombre la energía a través de los alimentos..

El conocimiento de la Bioquímica permite al estudiante del área de la salud a enfrentarse en la práctica y la investigación.

• Permite comprender y preservar la salud• Apreciar y seguir un tratamiento eficaz

en la enfermedad

Sin embargo, es necesario plantearse las siguientes preguntas.

• ¿Cuales son las estructuras químicas de los componentes de la materia viva?

• ¿De que forma interactúan estos componentes para dar origen a estructuras supra moleculares organizadas? ¿Células tejidos multicelulares y organismos?

• ¿Cómo extrae energía de su entorno la

materia viva para mantener su existencia?

• ¿De que manera almacena y transmite un organismo la información que necesita para crecer y reproducirse de forma exacta?

• ¿Qué cambios químicos acompañan a la reproducción, al envejecimiento y la muerte de las células y los organismos?

• ¿Como se controlan las reacciones químicas en el interior de las células?

La búsqueda de las respuestas es el estudio de la química de la vida.

4. División de estudio de la Bioquímica

• Química estructural Estudia los componentes estructurales de la

materia viva y la relación con la estructura química.

• Metabolismo ** Estudia la totalidad de las reacciones químicas

que se producen en la materia viva.• Química de los procesos y las sustancias que

almacenan y transmiten la información biológica. Incluye el área de la genética molecular que

pretende conocer la herencia y la expresión de la información genética en términos moleculares.

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **

Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células.

• Crecer y reproducirse• Mantener sus estructuras • Responder a estímulos

El metabolismo se divide en dos procesos conjugados:

• Catabolismo• Anabolismo

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **

Reacciones catabólicas

Liberan energía ejemplo la Glicolisis, degradación de la glucosa con liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos.

Reacciones anabólicas

Utilizan energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como proteínas y ácidos nucleícos.

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **

El anabolismo y catabolismo son procesos acoplados, que hacen al metabolismo un conjunto, puesto que cada uno depende del otro

GLUCOLISIS• La glucolisis o ruta de Embden-

Meyerhof, ocurre en el citosol de la célula.

• No necesita oxígeno para su realización y se trata simplemente de una secuencia de nueve etapas.

• En esta ruta; una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.

GLUCOLISIS• Se produce en todas las células vivas,

desde procariotas hasta eucariotas animales y vegetales.

• Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de:

2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa:

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua

GLUCOLISIS•.

¿Qué es el ciclo de Krebs?

5. BIOQUIMICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS

BIOQUÍMICA COMO DISCIPLINA Y CIENCIA INTERDICIPLINAR

Extrae sus principales temas y guarda relación con:

• Química orgánica

Por que describe las propiedades químicas de las biomoléculas.

• Biofísica

Aplica técnicas de la física al estudio de las estructuras moleculares.

• Investigación médica

Intenta comprender los estados patológicos en términos moleculares.

• Fisiología

Que investiga los procesos de la vida a nivel celular y del organismo (Función corporal).

• Biología celular

Que describe la división de bioquímica del trabajo en el interior de una célula.

• Genética

Describe el mecanismo que da a una determinada célula u organismo su identidad bioquímica.

Los estudios genéticos han dilucidado numerosas áreas bioquímicas. Los fundamentos de genética se apoyan en la bioquímica, un ejemplo el estudio de los ácidos nucleídos .

• Inmunología

Utiliza numerosas técnicas bioquímicas y numerosas aspectos inmunológicos han encontrado uso extenso entre bioquímicos.

• Microbiología

Ha demostrado que los organismos unicelulares y los virus son apropiados para la determinación de muchas rutas metabólicas y mecanismos de regulación.

• Nutrición

“La nutrición es la composición y la cantidad de la ingesta de alimentos y la utilización de estos alimentos por los organismos vivos”, y el proceso de utilización de los alimentos es bioquímico (Devlin)

La bioquímica aclara y permite mayor comprensión del proceso metabólico mediante la descripción de necesidades alimentarías (nutrición) para el mantenimiento de la salud.

• Farmacología y farmacia

Se apoyan en un conocimiento sólido de bioquímica y fisiología.

La mayor parte de los fármacos son metabolizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre fármacos y fármaco nutrientes se comprender mejor desde un punto de vista bioquímico.

• Toxicología

Los tóxicos o venenos actúan por medio de reacciones o procesos bioquímicos.

• Patología

Enfoques bioquímicos se emplean cada vez más en el estudio de aspectos básicos de patología “estudio de la enfermedad”

• Inflamación • Lesión celular• Cáncer

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad

“El estudio de la bioquímica ayuda a entender como funciona el organismo a modo de un sistema químico”

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad

La bioquímica estudia:

Las estructuras químicas y

composición de las diversas moléculas que componen las células, los organismos vivos y sus reacciones químicas.

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad

Las enzimas, coenzimas y la catálisis

biológica.Las rutas metabólicas y el control de las

mismas.Las hormonas que regulan las diferentes vías

del metabolismo.

Todos los procesos vitales que se comprenden mejor con el estudio de las leyes químicas y la existencia de una alteración o enfermedad en términos moleculares .

• “La salud es como un estado de bien estar físico, mental y social completo y no únicamente la ausencia de enfermedad o dolencia” (OMS).

• Desde un punto de vista bioquímico estricto, puede considerarse a la salud como esa situación donde miles de reacciones intra y extracelulares que ocurren en el cuerpo proceden a velocidades adecuadas a su supervivencia máxima en el estado fisiológico.

Los procesos bioquímicos normales son la base de la salud

Enfermedad o dolencia

La salud depende del equilibrio armónico de las reacciones bioquímicas que ocurren en el cuerpo, y la enfermedad o dolencia refleja anomalías en las biomoléculas, alteración de enzimas, hormonas, reacciones bioquímicas o procesos biológicos.

La Investigación Bioquímica tiene impacto en la Nutrición y Medicina Preventiva

Objetivos •Conservar la salud de la población•Prevenir enfermedades•Mejorar los hábitos alimentarios

Requisito • Ingestión optima de cierto número de

compuestos químicos. Vitaminas Proteínas

Varios aminoácidos Glúcidos

Ácidos grasos Fibra

Minerales Agua

6. Base Bioquímica de salud y enfermedad

Todas las enfermedades tienen una base

bioquímica

• Las enfermedades son manifestaciones de anormalidades de moléculas y de reacciones bioquímicas o procesos.

• Los estudios bioquímicos contribuyen al diagnóstico, pronóstico y tratamiento de una enfermedad.

Todas las enfermedades tienen una base

bioquímica • La cantidad y la composición de los

alimentos (combustible) que se consume es extraordinariamente importante.

• Los seres humanos deben ingerir cierto número de moléculas orgánicas complejas “alimentos-nutrientes” para conservar la salud.

• Los estudios de bioquímica permiten entender las relaciones existentes entre los nutrientes, el metabolismo, la salud y la enfermedad.

1. Las vitaminas se convierten en el organismo en moléculas complejas llamadas “coenzimas” que desempeñan función clave en las reacciones celulares.

Si en la dieta existe deficiencia de vitaminas puede originar las siguientes enfermedades:

• Escorbuto por deficiencia de vitamina C • Raquitismo por deficiencia de vitamina D • Xeroftalmia por deficiencia de vitamina A

Tratamiento: Administración de la vitamina apropiada

2. Numerosos vegetales en África son deficientes en uno o más aminoácidos esenciales • Caso que Origina desnutrición debilitante

“Kwashiorkor” en personas que dependen de esos vegetales como fuente principal de proteína.

Tratamiento: Consumo de alimentos balanceados que contengan cantidad suficiente de todos los aminoácidos esenciales.

3. Los esquimales de Inuit de Groenlandia consumen abundante cantidad de aceite de pescados ricos en ciertos ácidos grasos

poliinsaturados AGPI

En este caso, las personas tenían:

• baja concentración plasmática de colesterol• baja frecuencia de ateroesclerosis

En consecuencia se estimula el interés por el consumo de alimentos ricos en AGPI.

Desequilibrio nutricional

Enfermedadpor deficiencia

Vitamínica• Raquitismo• Escorbuto• Xeroftalmia

Deficiencia deAminoácidos

• Kwashorkor

Arteroesclerosis(Genético)

4. Fenilcetonuria PKU

• Trastorno genético

• Existe escasa o nula actividad de una enzima del metabolismo de los aminoácidos “fenilalanina hidroxilasa”

• Origina retraso mental en la infancia si no se trata a tiempo

• Exige diagnóstico de laboratorio selectivo Fenilalanina + enzima Fenilalanina hidroxilasa => Tirosina

Fenilalanina + ? = Fenilcetonas y otros metabolitos (fenil-piruvato, fenil-lactato, fenil-acetato) se acumulan y lesionan tejidos del

SNC en desarrollo

La Fenil cetonuria es una enfermedad infantil metabólica progresiva de origen genético

4. Fenilcetonuria PKU• La PKU clásica es una deficiencia

autosómica recesiva de la fenilalanina hidroxilasa, se describen mas de 170 mutaciones en el gen.

Prevención: El retraso mental puede

evitarse si: • Los lactantes reciben un dieta sintética baja

en fenilalanina pero que incluya tirosina durante 4 a 5 años.

• Restricción de proteínas en la dieta por varios años o de por vida.

5. Fibrosis quística

Enfermedad genética común de las glándulas exocrinas y sudoríparas

Síntomas • Producción anormal de secreción viscosa • Obstrucción de los conductos del páncreas y

bronquiolos• Elevada concentración de cloruros en el sudor• Mueren a temprana edad por infecciones

pulmonares Causa 70 % de los pacientes presentan omisión de tres

bases en el DNA. En la proteína transmembrana existe ausencia del

aminoácido 508.

FIBROSIS QUISTICA –TRANSTORNO HEREDITARIO- CONGESTION

PULMONAR - INFECCION Y MALA ABSORCION DE NUTRIENTES

POR EL PANCREAS

6. Cólera

El estudio del mecanismo de acción producida por la toxina bacteriana que causa el cólera ha proporciona información importante sobre las manifestaciones clínicas de la enfermedad.

6. Cólera Infección intestinal aguda causada por la

ingestión de alimentos o aguas contaminadas por la bacteria ”Vibrio cholerae” (bacilo Gram negativo)

Tiene un periodo de incubación corto, entre menos de un día y cinco días, y la bacteria produce una enterotoxina que causa los síntomas de la enfermedad

Síntomas• Diarrea copiosa inholora y acuosa• Perdida de sal y agua• Deshidratación grave y puede causar la

muerte si no se trata prontamente• Puede producir vómitos

Ciclo de contaminación del cólera

La enterotoxina producida por la bacteria origina la secreción de fluidos y electrolitos a nivel del intestino delgado.

El Vibrio cholerae se adhiere a receptores celulares específicos presentes en la superficie de las células intestinales.

Finalmente induce un bloqueo para la absorción de sodio y cloro por la vellosidad y promueve la secreción de cloro y agua por las células de las criptas intestinales.

7. Paludismo o Malaria

• Enfermedad producida por un parásito (protozoo) del género Plasmodium que es transmitido por la picadura de las hembras del mosquito anófeles (Género Anopheles).

• Los mosquitos pueden desarrollar resistencia bioquímica a la acción de los insecticidas.

8. Hipercolesterolemia Familiar • Enfermedad hereditaria autonómica dominante por

un defecto en el cromosoma 19

• Origina ateroesclerosis grave a temprana edad• Las células son incapaces de absorver el LDL, por un

defecto en la producción de receptores (LDL-r)• La LDL (lipoproteina de baja densidad) se

acumula en la sangre, existe un incremento de colesterol

• El incremento de estas sustancias favorece la generación de una placa aterosclerótica

• Enfermedad que se explica por el conocimiento de receptores celulares y de los mecanismos de captación de colesterol por las células

9. Oncógenos en las células cancerígenas• Conducen al estudio de mecanismos moleculares

que intervienen en el control de la multiplicación celular

Investigaciones bioquímicas en relación con las enfermedades

Objetivo• Demostrar sus causas• Sugerir tratamientos adecuados y

eficaces• Realizar pruebas selectivas para el

diagnóstico temprano• Colaborar en la vigilancia del

progreso de la enfermedad• Ayudar a valorar la respuesta al

tratamiento

Principales causas de enfermedadInfluencia de mecanismos bioquímicos

en la célula o en el cuerpo 1. Agentes físicos

• Traumatismo mecánico• Temperaturas extremas• Radiación• Choque eléctrico 2. Agentes químicos y

fármacos

• Compuestos tóxicos• Agentes terapéuticos

3. Agentes biológicos

• Virus• Bacterias• Ricketzias• Hongos• Parásitos

4. Ausencia de oxígeno

• Falta de suministro sanguíneo

• Envenenamiento de las enzimas oxidativas

Principales causas de enfermedadInfluencia de mecanismos bioquímicos en

la célula o en el cuerpo

5. Genética

• Alteraciones congénitas

• Alteraciones moleculares

6. Reacciones inmunológicas

• Anafilaxis• Enfermedad

autoinmonológica

7. Desequilibrio nutricional

• Deficiencia de nutrientes

• Exceso de alimentos

8. Desequilibrio endocrino

• Deficiencias o excesos hormonales

Nutrición Bioquímica

Salud Medicina

Proteínas

Arteroesclerosis

Diabetes

Enfermedades Genéticas

AnemiaCélula

falciformesEnfermedad

Genética

Lípidos

HIDRATOSDE

CARBONO(GLUCIDOS)

Ácidos nucleicos

MEDICINA

Nutrición BIOQUÍMICA

7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual

Referencia Bibliográfica

• Murray, Granner, Rodwell. Harper Bioquímica Ilustrada. Editorial. El Manual Moderno S.A. 17 a. edición. 2007.

• Hernandez Angel G, Sanchez de Medina Contreras Fermin, Funciones y metabolismo de los nutrientes, 2010.

• Lehninger, A. Principios de Bioquímica. Editado por W. Freman. Tercera Edición. 2006.

• Thomas M. Devlin, Ph.D. Bioquímica. Editorial Reverté, S.A. 2004.

• Baynes John W., Dominiczack Marek H., Bioquímica Médica. 2da. Edición. 2007.

• Eróstegui C., Zalles L, Dávalos R, Gamarra M. Solano M, Bioquímica, UMSS Facultad de Medicna, 2009.

• Stryer, Lubert. Bioquímica. Editoril Reverté S.A. Tomo I. 1993• Lecturas recomedadas Págs., Web –Internet.

(rosarioarnezc.jimdo.com).