INDICEUNIDAD N 1 ...................................................................................................... 1 INTRODUCCION A LA BIOQUMICA ................................................................. 1 OBJETIVOS .................................................................................................... 1 Definicin de Bioqumica ................................................................................. 1 Relacin de la Bioqumica con otras ciencias ................................................. 2 Componentes de los Seres Vivos. ................................................................. 3 Componentes Inorgnicos .................................................................... 4 Compuestos Mixtos Con Sustancias Orgnicas ................................... 5 Los Componentes Orgnicos ............................................................... 5 Grupos Funcionales ............................................................................. 6 Compuestos Heterocclicos .................................................................. 7 Relacin entre Biomolculas ........................................................................... 9 Reactividad de las biomolculas: ......................................................... 9 Abundancia de las biomolculas: ......................................................... 9 Reactividad entre biomolculas. ........................................................... 9 Caractersticas que identifican a la Materia Viva ........................................... 10 Homeostasis. ...................................................................................... 11 Factores que influyen en la homeostasis ........................................... 11 Requerimientos Nutricionales. ...................................................................... 13 Dieta. ............................................................................................................. 13 Enfermedades Nutricionales. ........................................................................ 14 TEST DE EVALUACION ............................................................................... 14 UNIDAD N 2 .................................................................................................... 16 LA CELULA, SU ORGANIZACIN BIOQUIMICA ............................................ 16 OBJETIVOS .................................................................................................. 16 Generalidades ............................................................................................... 16 Componentes Subcelulares. ......................................................................... 17 Membrana Celular .............................................................................. 17 Ncleo ................................................................................................ 18 Citoplasma ......................................................................................... 19 Membrana nuclear.............................................................................. 22 Plasma nuclear: .................................................................................. 22 Nuclolo: ............................................................................................ 22 Cromatina: .......................................................................................... 22 SEPARACIN DE COMPONENTES SUBCELULARES: Mtodos .............. 23 Funcin Bioqumica de Componentes Celulares .......................................... 24 Ejercicios ilustrativo ....................................................................................... 24 TEST DE EVALUACIN ............................................................................... 25 UNIDAD N 3: ................................................................................................... 26 EL AGUA Y EL PH ........................................................................................... 26 OJETIVOS .................................................................................................... 26 El Agua.......................................................................................................... 26 PROPIEDADES DEL AGUA ......................................................................... 26 Constante dielctrica .......................................................................... 26 Capacidad calorfica ........................................................................... 27 Calor de vaporizacin ......................................................................... 27 Densidad ............................................................................................ 28 Tensin superficial.............................................................................. 28 v

Constante de ionizacin ..................................................................... 28 Propiedades Fsicas del Agua. ...................................................................... 28 Estructuras e interacciones del agua.................................................. 29 Las molculas de agua se asocian entre ellas a travs de puentes de hidrgeno................................................................................................... 30 El agua forma puentes de hidrgeno con solutos polares .................. 31 Los puentes de hidrgeno le dan al agua sus propiedades inusuales 32 Propiedades qumicas: Polaridad, Enlace de Hidrgeno, e Inizacin. ........ 33 Polaridad ............................................................................................ 33 Enlace De Hidrgeno ......................................................................... 33 Inizacin: Disociacin del agua ........................................................ 35 Propiedades Acido - Bsico. ......................................................................... 35 Titulacin cidos bases ...................................................................... 40 Teora de Bronsted y Lowry. .............................................................. 41 pH: Medida de Acidez. .................................................................................. 42 Ecuacin de Henderson-Hasselbalch. .......................................................... 43 Soluciones Tampones o Buffer. .................................................................... 45 TEST DE EVALUACION ............................................................................... 45 UNIDAD N 4. ................................................................................................... 46 AMINOACIDOS Y PROTEINAS ....................................................................... 46 OBJETIVOS .................................................................................................. 46 Protenas ....................................................................................................... 46 Estructura de los Aminocidos ...................................................................... 46 Clasificacin de Aminocidos.- ..................................................................... 48 Propiedades generales de los Aminocidos: Actividad Optica (Isomerismo). ...................................................................................................................... 49 Estereoismeros geomtricos .................................................................. 50 Estereoismeros pticos ........................................................................... 50 Reacciones qumicas caractersticas de los aminocidos............................. 51 Propiedades del grupo carboxilo ............................................................... 51 Propiedades del grupo amino .................................................................... 53 Reacciones especificas de algunos aminocidos ...................................... 56 Aminocidos Esenciales. .............................................................................. 56 Triptfano ........................................................................................... 57 Fenilalanina ........................................................................................ 57 Valina ................................................................................................. 58 Leucina ............................................................................................... 59 Isoleucina ........................................................................................... 60 Treonina ............................................................................................. 61 Arginina .............................................................................................. 62 Histidina .............................................................................................. 63 Metionina ............................................................................................ 63 Lisina .................................................................................................. 64 Aminocidos no Proteicos ............................................................................. 64 Nomenclatura y notacin de pptidos. .......................................................... 65 Caractersticas y Propiedades de los aminocidos ....................................... 67 Propiedades cido-base de los aminocidos ................................................ 68 Estructura de las Protenas. .......................................................................... 71 Estructura Primaria ............................................................................. 71 Estructura Secundaria ........................................................................ 72

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Estructura Terciaria ............................................................................ 73 Estructura Cuaternaria ....................................................................... 73 Propiedades de las Protenas ....................................................................... 74 Especificidad. ..................................................................................... 74 Desnaturalizacin. .............................................................................. 74 Clasificacin de las Protenas ....................................................................... 75 HOLOPROTENAS............................................................................. 75 HETEROPROTENAS ........................................................................ 75 Mtodos de separacin de protenas ............................................................ 76 Funciones de las Protenas ........................................................................... 78 Enlace Peptdico. .......................................................................................... 79 Conformacin de las Cadenas Polipeptdicas. .............................................. 81 Oligopptidos.- .......................................................................................... 81 Dipptidos.- ............................................................................................... 81 Tripptidos.-............................................................................................... 81 Tetrapptidos. ............................................................................................ 81 Polipptidos o cadenas polipeptdicas. ...................................................... 81 Funciones de Protenas Especficas: Albminas, Globulina, Hemoglobina, Colgeno e Insulina. ..................................................................................... 81 Albmina ............................................................................................ 81 Globulinas .......................................................................................... 82 Insulina ............................................................................................... 83 Hemoglobina ...................................................................................... 84 Colgeno ............................................................................................ 85 Importancia Biolgica de las Protenas. ........................................................ 87 TEST DE EVALUACION ............................................................................... 87 UNIDAD N5: .................................................................................................... 89 CARBOHIDRATOS .......................................................................................... 89 OBJETIVOS .................................................................................................. 89 Caractersticas Generales. ............................................................................ 89 Clasificacin de los Carbohidratos. ............................................................... 90 1. Monosacridos .......................................................................................... 90 2. Oligosacridos .......................................................................................... 94 3. Polisacridos ............................................................................................. 96 4. Mucopolisacridos..................................................................................... 96 IMPORTANCIA DELOS HETEROPOLISACRIDOS ................................... 97 FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS ................................................... 97 Funciones Energticas ....................................................................... 97 Funcin Estructural............................................................................. 98 Funcin Informativa ............................................................................ 98 Funcin De Detoxificacin .................................................................. 98 ISOMERIA ..................................................................................................... 99 Estereoisomeria de los monosacridos. ............................................. 99 Enantimeros. .................................................................................... 99 Epmeros. ........................................................................................... 99 Tautmeros. ....................................................................................... 99 Mutarrotacin. .................................................................................... 99 Reaccin cido/base sobre monosacridos. .................................... 100 CONFIGURACIN. ..................................................................................... 100 Propiedades fsicas. ......................................................................... 103

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Anomerizacin. ................................................................................. 104 Estructura tridimensional. Conformacin. ......................................... 106 Propiedades qumicas. ..................................................................... 107 IMPORTANCIA BIOLGICA DE LOS GLCIDOS ..................................... 111 CARBOHIDRATO FRECUENTE EN LA DIETA. ......................................... 111 FIBRAS: SU IMPORTANCIA EN LA DIETA. ............................................... 112 TEST DE EVALUACIN ............................................................................. 113 UNIDAD N6 ................................................................................................... 114 LIPIDOS.......................................................................................................... 114 OBJETIVOS ................................................................................................ 114 Caractersticas Generales ........................................................................... 114 Clasificacin de los Lpidos. ........................................................................ 114 Lipidos saponificables ...................................................................... 115 LPIDOS SIMPLES ..................................................................................... 115 CERAS ........................................................................................................ 119 LPIDOS COMPLEJOS ............................................................................... 121 Fosfolpidos ...................................................................................... 121 Glucolpidos ...................................................................................... 122 Lipidos insaponificables .................................................................... 122 Prostaglandinas ................................................................................ 123 ACIDOS GRASOS ...................................................................................... 124 FUNCIONES DE LOS LPIDOS .................................................................. 126 IMPORTANCIA BIOLGICA DE LOS LPIDOS. ........................................ 127 TEST DE EVALUACIN ............................................................................. 127 UNIDAD N7 ................................................................................................... 128 ACIDOS NUCLEICOS Y SUS COMPONENTES ........................................... 128 OBJETIVOS ................................................................................................ 128 Generalidades. ............................................................................................ 128 BASES NITROGENADAS........................................................................... 128 Bases Pricas .................................................................................. 128 Bases Pirimidnicas .......................................................................... 129 OSAS .......................................................................................................... 131 NUCLESIDOS .......................................................................................... 132 Ribonucleosidos ............................................................................... 132 Desoxirribonuclesidos .................................................................... 133 NUCLETIDOS .......................................................................................... 134 Ribonucletidos ................................................................................ 134 Desoxirribonucleotidos ..................................................................... 135 CIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA).................................................. 136 Estructura ......................................................................................... 136 CIDO RIBONUCLEICO (RNA).................................................................. 143 Estructura ......................................................................................... 143 NUCLEASAS .............................................................................................. 149 Test de Evaluacin ...................................................................................... 149 UNIDAD N 8 BIOQUIMICA ENERGETICA ................................................... 150 OBJETIVOS ................................................................................................ 150 CICLO DEL ATP. ........................................................................................ 150 PROPIEDADES DEL ATP. ............................................................... 150 Principios de equilibrio qumico. ....................................................... 151 ENERGA LIBRE. ........................................................................................ 151

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Energa libre estndar G. ................................................................ 152 Aditividad de las variaciones de energa libre estndar G. ............ 152 Energa libre estndar de formacin (vGf). .................................... 152 TRANSFERENCIA DE ENERGA QUMICA. .............................................. 153 Energa libre estndar de hidrlisis del ATP. .................................... 153 Termodinmica del ATP. .................................................................. 153 Respuesta termodinmica. ............................................................... 153 Transferencia enzimtica de grupos fosfatos al ADP. ...................... 154 TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFATOS DESDE EL ATP A DIVERSOS ACEPTORES. ............................................................................................. 154 TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFATOS POR OTROS NTPS. ......... 155 Caractersticas.................................................................................. 155 PAPEL DEL ATP Y DEL PIROFOSFATO. .................................................. 155 Ruta enzimticas de incorporacin al sistema ATP - ADP. .............. 155 Pirofosfatas inorgnica. .................................................................... 155 Adenilato quinasa. ............................................................................ 156 ENERGTICA DE LOS SISTEMAS ABIERTOS. ........................................ 156 Generalidades. ................................................................................. 156 COMPUESTOS RICOS EN ENERGIA. ...................................................... 156 FORMACION DE ATP ................................................................................ 158 TEST DE EVALUACION ............................................................................. 163 UNIDAD N9 ................................................................................................... 164 ENZIMAS Y COENZIMAS .............................................................................. 164 OBJETIVOS ................................................................................................ 164 Generalidades. ............................................................................................ 164 Catalizador .................................................................................................. 164 CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS .................................................... 165 ACCIN DE ENZIMAS ............................................................................... 165 NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS........................................................ 166 CLASIFICACIN DE LAS ENZIMAS .......................................................... 166 Clasificacin estructural. ................................................................... 166 Clasificacin funcional. ..................................................................... 167 Oxido-reductasas: ............................................................................ 167 .Las Transferasas.- .................................................................................. 168 Las Hidrolasas: ........................................................................................ 168 Las isomerasas: ...................................................................................... 168 .Las Liasas: ............................................................................................. 169 Las Ligasas: ............................................................................................ 169 Importancia del ATP (Trifosfato de adenosina) ........................................... 170 Composicin Del ATP.............................................................................. 170 Funciones de las enzimas ........................................................................... 171 PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ............................................................ 172 Especificidad de los enzimas. .......................................................... 172 Centro activo. .......................................................................................... 172 COFACTORES. .......................................................................................... 173 Holoenzima = Apoenzima + Cofactor ..................................................... 174 CINTICA ENZIMTICA ............................................................................. 174 Teora de Michaelis y Menten. ......................................................... 174 Constante de Michaelis y Menten (Km). ........................................... 175 Representacin de Lineweaver-Burk................................................ 175

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Representacin de Eadie-Hofstee. ................................................... 176 Efecto del pH sobre actividad enzimtica. ........................................ 176 Efecto de la temperatura sobre actividad enzimtica. ...................... 176 Efecto de la temperatura sobre reacciones enzimticas. ................. 176 INHIBICIN DE ENZIMAS. ......................................................................... 177 Tipos de inhibicin. ........................................................................... 177 Inhibicin irreversible. ....................................................................... 178 ENZIMAS REGULADORAS. ....................................................................... 178 Enzimas alostricas. ......................................................................... 179 Enzimas homotrpicas. .................................................................... 179 Enzimas heterotrpicas. ................................................................... 180 Cintica de las enzimas alostricas.................................................. 180 Modulacin covalente de las enzimas reguladoras .......................... 181 ACTIVACIN COVALENTE DE LOS ZIMOGENOS. .................................. 182 ISOZIMAS. .................................................................................................. 182 VITAMINAS - COENZIMAS ........................................................................ 182 Clasificacin. .................................................................................... 182 TEST DE EVALUACIN ............................................................................. 187 UNIDAD N 10 ................................................................................................ 188 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS ....................................................... 188 OBJETIVOS ................................................................................................ 188 DIGESTION ................................................................................................ 189 Digestin salival................................................................................ 189 Digestin gstrica ............................................................................. 189 Digestin intestinal ........................................................................... 189 ARSORCION .............................................................................................. 190 EL AZUCAR DE LA SANGRE ..................................................................... 190 HORMONAS Y CONCENTRACION SANGUINEA DE AZUCAR ............... 191 Insulina ............................................................................................. 192 Glucagon .......................................................................................... 193 Adrenalina (epinefrina) ..................................................................... 193 Hormonas corticosuprarrenales........................................................ 193 Hormonas de la hipfisis anterior ..................................................... 193 GLUCOGENO ............................................................................................. 194 Glucognesis .................................................................................... 194 Glucogenlisis .................................................................................. 195 OXIDACION DE LOS CARBOHIDRATOS .................................................. 196 Gluclisis .......................................................................................... 197 Va anaerobia o de Embden-Meyerhof para la gluclisis ................. 197 Ciclo aerobio o de Krebs .................................................................. 198 VIAS ALTERNATIVAS DE OXIDACION DE CARBOHIDRATOS ............... 201 FOTOSINTESIS .......................................................................................... 202 La reaccin a la luz........................................................................... 204 La reaccin en la obscuridad ............................................................ 205 CONTRACCION MUSCULAR .................................................................... 207 TEST DE EVALUACION ............................................................................. 207 UNIDAD N11 ................................................................................................. 209 METABOLISMO DE LIPIDOS ........................................................................ 209 OBJETIVOS ................................................................................................ 209 DIGESTION ................................................................................................ 210

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ABSORCION............................................................................................... 210 LIPIDOS SANGUINEOS ............................................................................. 210 ALMACENAMIENTO DE GRASA ............................................................... 211 SINTESIS DE LIPIDOS TISULARES .......................................................... 212 LIPOLISIS ................................................................................................... 212 OXIDACION DE ACIDOS GRASOS ........................................................... 213 SINTESIS DE CIDOS GRASOS ............................................................... 215 SINTESIS DE TRIGLICERIDOS ................................................................. 216 FORMACION DE CUERPOS CETONICOS ............................................... 216 METABOLISMO DE FOSFOLIPIDOS......................................................... 217 METABOLISMO DE ESTEROLES ............................................................. 218 CORRELACION DEL METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Y EL DE GRASA........................................................................................................ 220 PREGUNTAS .............................................................................................. 221 UNIDAD N12 ................................................................................................. 223 METABOLISMO DE PROTEINAS .................................................................. 223 OBJETIVOS ................................................................................................ 223 DIGESTION ................................................................................................ 223 ARSORCION .............................................................................................. 224 ESTADO DINAMICO DE LA PROTEINA CORPORAL ............................... 225 SNTESIS DE PROTENA........................................................................... 225 Aminocidos esenciales ................................................................... 225 Mecanismo de la sntesis de protena .............................................. 226 REACCIONES METABOLICAS DE AMINOACIDOS .................................. 230 Desaminacin ................................................................................... 230 Transaminacin ................................................................................ 230 Formacin de urea ........................................................................... 232 METABOLISMO DE NUCLEOPROTEINAS ............................................... 233 Metabolismo de purinas ................................................................... 234 Metabolismo de pirimidinas .............................................................. 235 Sntesis de cidos nucleicos ............................................................ 235 CREATINA Y CREATININA ........................................................................ 236 ERRORES INNATOS DEL METABOLISMO DE AMIN0ACID0S ................ 236 Femicetonuria ................................................................................... 237 Alcaptonuria ..................................................................................... 238 Tirosinemia ....................................................................................... 239 CORRELACION ENTRE METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS, LIPIDOS Y PROTEINAS ............................................................................................ 240 PREGUNTAS .............................................................................................. 240 UNIDAD N 13 ................................................................................................ 242 LIQUIDOS CORPORALES ............................................................................. 242 OBJETIVOS ................................................................................................ 242 SANGRE ..................................................................................................... 244 CELULAS DE LA SANGRE ........................................................................ 245 SUERO Y PLASMA .................................................................................... 245 Protenas del plasma ........................................................................ 245 ENZIMAS SERICAS ................................................................................... 246 Electrlitos del plasma ...................................................................... 247 HEMOGLOBINA ......................................................................................... 251 Respiracin ...................................................................................... 252

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ORINA ......................................................................................................... 253 Formacin de orina........................................................................... 253 Poder regulador de rin .................................................................. 254 Balance de agua............................................................................... 255 Balance de electrlitos ..................................................................... 255 Balance acidobsico......................................................................... 255 TEST DE EVALUACION ............................................................................. 257 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 258 GLOSARIO ..................................................................................................... 260

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UNIDAD N 1 INTRODUCCION A LA BIOQUMICA

OBJETIVOSy y y y y Relacionar los conocimientos adquiridos en los cursos anteriores con los nuevos. Concientizar a los estudiantes de la importancia que tiene esta unidad como base para comprender la asignatura. Estudiar los constituyentes qumicos de los seres vivos, sus funciones y transformaciones. Introducir el lenguaje de la bioqumica con explicaciones sobre el significado, origen e importancia de los trminos. Proporcionar un conocimiento del contexto fsico, qumico y biolgico en el que opera cada biomolcula, reaccin o ruta metablica.

Definicin de BioqumicaLa Bioqumica es la ciencia que estudia las diversas molculas y las reacciones qumicas que ocurren en las clulas y organismos vivos. Los estudiantes de la carrera de biologa deben de adquirir slidos conocimientos de la asignatura para poder enfrentarse a la prctica y a la investigacin de los procesos bioqumicos. La Bioqumica es la qumica de la vida (del griego Bios vida). Como la clula es la unidad estructural de los sistemas vivientes, podemos definir a la bioqumica como la ciencia que se ocupa de los constituyentes qumicos de la clula viva y de las reacciones y procesos que experimentan. La Bioqumica abarca reas de la biologa celular y de la biologa molecular. El objetivo de la Bioqumica es describir y explicar en trminos moleculares todos los procesos qumicos de la clula viva, por lo tanto es necesario conocer su estructura. El inters principal de la bioqumica es la comprensin completa a nivel molecular de todos los procesos relacionados con la clula viva. Para lograr este objetivo los bioqumicos han necesitado aislar las numerosas molculas de que se compone la clula, determinar sus estructura y analizar la forma en que funciona, por ejemplo, los esfuerzos que hacen para comprender la base 1

molecular de la contractibilidad, para ello han purificado muchas molculas simples y complejas, seguido por estudios de estructura funcin. A travs de estos esfuerzos, se han descubierto algunas caractersticas de la contraccin muscular. Otro ejemplo, es la regulacin de las actividades de genes y encimas proveniente de estudios realizados en bacterias y hongos. El campo del DNA recombinante surgi del estudio en bacterias y virus. La Bioqumica es esencial en todas las ciencias de la vida, como la gentica, la fisiologa, la inmunologa, la farmacologa, la farmacia, la toxicologa, patologa, todas estas ciencias se apoyan en las bases bioqumicas. Los procesos bioqumicos normales son la base de la salud. La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) define a la salud como un estado fsico y social completo y no nicamente como la ausencia de enfermedad o dolencia. La Bioqumica define a la salud como una situacin en donde las miles de reacciones intra y extra celular que ocurren en el cuerpo proceden a velocidades acordes con su supervivencia mxima en el estado fisiolgico. La investigaciones bioqumicas modifican la nutricin. La ingestin diettica optima de ciertos nmeros de componentes qumicos entre ellos las vitaminas, varios aminocidos, cidos grasos, minerales y el agua son el objeto de estudio de la bioqumica. Los seres vivos son agregados de molculas con ciertas particulares que estn formados por los mismos tomos y obedecen a las mismas leyes que rigen el comportamiento de cualquier otro tipo de molculas.

Relacin de la Bioqumica con otras cienciasLa bioqumica es esencial en todas las ciencias de la vida, incluyendo la medicina. Los fundamentos de la gentica descansan en la bioqumica de los cidos nucleicos; a su vez, el uso de enfoques genticos ha dilucidado numerosas reas de bioqumica. La fisiologa, estudio de la funcin corporal, se traslapa casi por completo con la bioqumica. La inmunologa emplea numerosas tcnicas bioqumicas y muchos de los aspectos inmunolgicos han encontrado uso extenso entre bioqumicos. Farmacologa y farmacia se apoyan en un conocimiento slido de bioqumica y fisiologa; en particular, la mayor parte de los frmacos son metabolizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre frmacos se comprenden mejor desde el punto de vista bioqumico. Los venenos actan por medio de reacciones o procesos 2

bioqumicas y ste es el tema de la toxicologa. Enfoques bioqumicos se emplean cada vez ms en el estudio de aspectos bsicos de la patologa (estudio de la enfermedad), como inflamacin, lesin celular y cncer. Muchos profesionales en microbiologa, zoologa y botnica emplean mtodos bioqumicos casi en forma exclusiva. Estas relaciones no sorprenden, debido a que la vida como se conoce depende de reacciones y procesos bioqumicos. De hecho, las viejas barreras entre ciencias de la vida han cado y la bioqumica se torna cada vez ms su lenguaje comn. Una relacin recproca entre bioqumica y medicina ha estimulado adelantos mutuos. Las dos preocupaciones principales de los estudiosos de ciencias de la salud, en particular mdicos, son (1) la comprensin y conservacin de la salud y (2) la comprensin y tratamiento eficaz de enfermedades. La bioqumica tiene un impacto tremendo en ambos. De hecho, la interrelacin de bioqumica y medicina es un amplio camino de doble sentido. Los estudios bioqumicos han iluminado numerosos campos de salud y enfermedad y, de manera inversa, el estudio de stas ha abierto reas nuevas en bioqumica. La relacin entre medicina y bioqumica tiene implicaciones filosficas importantes para la primera. Hasta donde el tratamiento mdico se asiente en el conocimiento de la bioqumica y otras ciencias bsicas pertinentes (como, fisiologa, microbiologa, nutricin), la prctica de la medicina tendr una base racional que puede acomodar nuevos conocimientos. Esto contrasta con cultos de salud no ortodoxos, que a menudo se elevan a poco ms que un mito sin base intelectual alguna.

Componentes de los Seres Vivos.La naturaleza ha seleccionado de entre los elementos existentes algunos que se combinan entre s mediante enlaces qumicos adecuados, formando grupos qumicos definidos, los llamados grupos funcionales o bien molculas con determinadas caractersticas. La siguiente tabla contiene los elementos ms comunes que intervienen en la composicin de los seres vivos.

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Principales elementos que intervienen en la composicin de los seres vivos, sus pesos y nmeros atmicos.Elemento Smbolo Masa atmica (peso atmico) N atmico (N de protones de electrones) Nmero de neutrones

Hidrgeno Boro Carbono Nitrgeno Oxigeno Sodio Magnesio Fsforo Azufre Cloro Potasio Calcio Manganeso Hierro Cobaito Cobre Cinc Selenio Molibdeno Yodo

H B C N O Na Mg P S Cl K Ca Mn Fe Co Cu Zn Se Mo I

1.008 10.831 12.000 14.007 15.999 22.990 24.312 30.974 32.064 35.463 39.102 40.080 54.938 55.847 58.933 63.540 65.370 78.960 95.940 126,904

1 5 6 7 8 11 12 15 16 17 19 20 25 26 27 29 30 34 42 53

0 6 6 7 8 12 12 16 16 18 20 20 29 30 32 34 35 45 54 73

Tanto en la naturaleza como en los seres vivos, los diferentes elementos se encuentran distribuidos en diferentes proporciones y los patrones de distribucin muestran grandes diferencias. De los elementos que interviene en la composicin de los seres vivos , solo abundan en forma libre el nitrgeno y el oxgeno (79 y 21% de cada uno en el aire respectivamente), el nitrgeno para ser utilizado requiere de sistemas relativamente complicado El carbono otro de los elementos fundamentales en la composicin de los seres vivos tampoco puede utilizarse directamente en forma libre lo mismo ocurre con el hidrgeno El oxgeno es el nico elemento que se incorpora en forma libre al organismo. Si se exceptan los componentes de las sales minerales, la incorporacin de los elementos qumicos a los seres vivos se hace en su mayor parte en forma de compuesto de estructura relativamente complicada, que para su formacin requiere de de sistema a su vez complicados. Componentes Inorgnicos Los componentes inorgnicos son las sustancias ms simples de extraordinaria importancia para la vida, lo cual se pone de manifiesto por sus funciones, tales sustancias son los cidos, las bases y las sales. Estas molculas participan en enlaces tipo electrovalentes para la transferencias de electrones de unos tomos a otros, estos se separan llevando consigo una prdida o una ganancia

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de electrones o una carga positiva o negativa, estas sustancias son los aniones y cationes que son relativamente simples. El papel que desempean los iones en las clulas consiste en su posibilidad de interaccin con las dems molculas del organismo. Estas interacciones pueden hacer modificaciones importantes en el funcionamiento de las enzimas. Un caso muy particular de un catin capaz de interactuar con otras molculas y modificar notablemente sus funciones y su estructura es el in hidrgeno, cuya concentracin en las clulas deben de mantenerse dentro de los rangos estrechos. El ambiente inico de la clula o de unos organismos presenta en gran parte el medio que debe mantenerse dentro de una composicin definida para permitir la vida.

Compuestos Mixtos Con Sustancias Orgnicas Hay compuestos en que las molculas inorgnicos se combinan con molculas orgnicas, mediante enlace covalente para producir otra molculas orgnicas diferentes a las originales. Estas molculas son intermediarios de las vas metablicas y principalmente en el caso de los carbohidratos o nucletidos, que actan como compuestos de extraordinaria importancia en el metabolismo energtico y en la composicin de los cidos nucleicos. El cido fosfrico es quizs el compuesto inorgnico que con mayor frecuencia interviene en este tipo de compuestos, con relativa frecuencia el cido sulfrico, a partir del cual se forman los sulfatos de molculas orgnicas principalmente con los carbohidratos. Hay unos grupos de elementos integrantes de molculas complejas, con funciones importantes como el hierro en la hemoglobina y en los citocromos; el cobre, el zinc, el yodo, algunos de estos elementos participan en cantidades sumamente pequeas, sin embargo son esenciales para sus funcionamientos.

Los Componentes Orgnicos La qumica orgnica abarca un campo de gran amplitud, puede decirse que la bioqumica comprende un importante sector de ella, esto se debe a que el tipo de compuestos que se encuentran en los seres vivos corresponden a aquellos que se encargan la qumica orgnica, en cuya composicin interviene el carbono y sus componentes. La bioqumica estructural tambin es qumica orgnica pero se ocupa de la composicin de las molculas de los seres vivos.

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La base de la qumica orgnica es el conocimiento de los compuestos del carbono. Este elemento tiene la particularidad de formar un gran nmero de compuesto que tiene como base las cadenas de tomos del mismo, unidos unos con otros, a los cuales se les agregan otros elementos en disposiciones diversas, lo que da lugar a una infinidad de compuestos. Esta cadena puede ser lineal o cclica y se la denomina de acuerdo al nmero de tomo del que esta formada. En los compuestos ms sencillos se forman cadenas lineales de manera que cada tomo emplea una de sus valencias para combinarse con el siguiente, las valencias restantes se satisfacen con tomos de hidrgeno para dar lugar a los compuestos alifticos, tanto lineales como cclicos.

Grupos Funcionales A los tomos o grupos de tomos que combinados con una molcula determinada le confieren ciertas propiedades se les llama grupos funcionales, por ejemplo la sustitucin de un hidrgeno de un compuesto aliftico por un oxidrilo (-OH) se convierte en otra sustancia que pertenece al grupo de los alcoholes, si la sustitucin es por un grupo carboxilo, se convierte en un miembro del grupo de los cidos .En la tabla siguiente se presentan una lista de cinco tipo de compuestos.

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Los grupos funcionales ms frecuentes son alcoholes, cidos, aldehdos. Son los ms frecuentes de los compuestos bioqumicos Sin embargo no se suele encontrar casos en los cuales existan un solo tipo de grupo funcional, por ejemplo en los monosacridos que son las molculas ms sencillas de los carbohidratos coinciden en una hexosa cinco grupos alcohlicos y un grupo aldehdicos o cetnico. En la siguiente figura, se presentan diferentes clases de molculas biolgicas

De igual manera en los compuestos de estructura cclica hay patrones que se repiten con frecuencia desde los ms simples con cadenas cerradas de tomos de carbonos y ligaduras sencillas entre los tomos como el ciclohexano. Tambin se encuentran los miembros principales de los compuestos cclicos aromticos en los que existe doble ligadura conjugados.

Compuestos Heterocclicos Dentro de los compuestos de estructura cclica se encuentran los llamados heterocclicos que son molculas en cuyo ciclo participan otros tomos (el nitrgeno), algunos de estos anillos son la base de molculas de los compuestos biolgicos. En la figura siguiente se muestran algunos de estos anillos

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A pesar del gran nmero de molculas diferentes que se encuentran en los seres vivos la mayora de ellos han sido clasificados dentro de cuatro grupos fundamentales: los carbohidratos, los lpidos, las protenas, y los cidos nucleicos. Cada una de estas categoras comprende una serie de molculas ms o menos complicadas, como molculas ms simples, que son las que participan en su composicin, y que pueden considerarse como unidades estructurales que intervienen en su formacin. Algunos compuestos como los esteroles y ciertas vitaminas se han incluido dentro del grupo de los lpidos sin otra base que su solubilidad. Otras pertenecen a la vez a diferentes grupos por ejemplo, el glicerol pertenece al grupo de carbohidratos, al mismo tiempo es el componente de diferente lpidos, la pentosa, la ribosa, y la desoxirribosa son componentes de los carbohidratos y tambin de los cidos nucleicos. Esta clasificacin permite incluir a la mayor parte de los compuestos biolgicos dentro de un grupo ms o menos uniforme desde el punto de vista de su estudio estructural y sirve como punto de referencia en cuanto a las propiedades, funciones, localizaciones.

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Relacin entre Biomolculas Reactividad de las biomolculas: Depende de los grupos funcionales: Hidroxilo, carbonilo, carboxilo, aldehdo, amino, imino, tiol, fosfato, pirofosfato, fosforito. Todas las reacciones de la clula estn catalizadas de manera especfica, tanto que distinguen hasta estereoismeros. Por ello de todas las reacciones posibles slo ocurren algunas. Abundancia de las biomolculas: El 70% del peso de una clula es agua.. Las molculas ms abundantes son: macromolculas 20% (hidratos de carbono, lpidos, protenas, cidos nucleicos) y molculas pequeas e iones en menor proporcin. Las molculas pueden ser muy grandes como el DNA porque porta mucha informacin, si una protena debe unir varios ligandos ha de ser grande. Para sintetizar molculas grandes hacen falta muchas reacciones y muchos intermediarios, que ocupan espacio. Por ello las macromo-lculas estn formadas por monmeros. Reactividad entre biomolculas. En la clula hay muchas molculas juntas, por lo que hay muchas reacciones posibles. Degradacin: Hay reacciones que degradan las molculas convirtiendo los polmeros en monmeros que se pueden volver a utilizar o hidrolizarlos para obtener energa. Sntesis: Se sintetizan monmeros y luego a partir de ellos polmeros, igual para estructuras supramoleculares. Sintetizar algo implica aumentar el orden, los seres vivos se ordenan y mantienen su orden. Los procesos desfavorecidos termodinmicamente se hacen a expensas del entorno, desordenndolo por cesin de calor. Es necesario un aporte continuo de energa para impulsar procesos no favorables. La energa se extrae del entorno, se transforma y se usa para trabajos de la clula (movimiento, sntesis).

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Caractersticas que identifican a la Materia VivaLas molculas presentes en todos los seres vivos son iguales, lo que hace pensar en un ancestro comn. Elementos que forman parte de los seres vivos: Tienen que ser escogidos del entorno, formando parte de la corteza terrestre o de la atmsfera. La primera limitacin es la composicin de la corteza y la atmsfera. Los criterios son que sea abundante y asequible. La composicin de un ser vivo no es la misma que la de la corteza o la atmsfera sino que unos elementos se escogen antes que otros. Elementos ms abundantes: son abundantes y necesarios para los seres vivos. C, N , H y O. Elementos traza: presentes en mnima proporcin, como el Al. El He es inerte, no forma parte de los seres vivos. El C abunda mucho porque es capaz de formar molculas muy largas con enlaces distintos, lo que da lugar a muchos compuestos diferentes. El Si tambin forma cadenas pero ms cortas (menos variacin) y la energa del enlace Si-O es muy alta, formando molculas muy estables, prcticamente inmutables e imposibles de sintetizar. Respuesta frente al agua: La vida transcurre en entorno acuoso por lo que si un elemento debe formar parte de una clula debe responder bien al agua. El Al est en forma de hidrxidos muy insolubles, pero como el Fe es ms soluble se escoge antes. Bioelementos: Se escogen los elementos ms pequeos de cada grupo porque forman enlaces ms estables. El Co o el V son ms grandes pero cumplen funciones especiales. - El P y el S son componentes de todos los seres vivos (S de protenas y P de cidos nucleicos). - Iones: Na, Mg, Cl, K, Ca... Al y Si: a pesar de ser abundantes no son mayoritarios de seres vivos. - Elementos traza: Fe, Cu, Co, Zn, Mn, presentes en todos los organismos en pequea cantidad. Y, Mo slo en algunos. Enlaces:

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C-H, C-C, C=C, O-H, C-O, C=O, N-H, C-N, C=N, P-O, P=O Los enlaces no covalentes son muy importantes para la estructura tridimensional de la protena. Enlaces esenciales: Amida: aminocidos para dar protenas. -N-COTioster: aporta energa en metabolismos. -C-S-COFosfoanhidro: aporta energa en metabolismos. OO-

-P-O-PO Homeostasis. El trmino homeostasis deriva de la palabra griega "homeo" que significa "igual", y "stasis", que significa "posicin". Homeostasis es el estado de equilibrio dinmico o el conjunto de mecanismos por los que todos los seres vivos tienden a alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno y por tanto de la composicin bioqumica de los lquidos, clulas y tejidos, para mantener la vida, siendo la base de la fisiologa. Por lo tanto toda la organizacin estructural y funcional de los seres vivos tiende hacia un equilibrio dinmico. Esta caracterstica de dinamismo, en la que todos los componentes estn en constante cambio para mantener dentro de unos mrgenes el resultado del conjunto (frente a la visin clsica de un sistema inmvil), hace que algunos autores prefieran usar el trmino homeocinesis para nombrar este mismo concepto. Las tres propiedades que rigen un sistema homeosttico son: 1. Estabilidad: Slo se permiten pocos cambios en el tiempo. 2. Equilibrio: Los sistemas homeostticos requieren una completa organizacin interna, estructural y funcional para mantener el equilibrio. 3. Impredecible: El efecto preciso de una determinada accin a menudo tiene el efecto opuesto al esperado. O-

Factores que influyen en la homeostasis La homeostasis responde a cambios efectuados en: y El medio interno: El metabolismo produce mltiples sustancias, algunas de ellas de deshecho que deben ser eliminadas. Para realizar esta funcin los organismos poseen sistemas de excrecin. Por ejemplo en el

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y

hombre el aparato urinario. Los seres vivos pluricelulares tambin poseen mensajeros qumicos como neurotransmisores y hormonas que regulan mltiples funciones fisiolgicas. Medio externo: La homeostasis ms que un estado determinado es el proceso resultante de afrontar las interacciones de los organismos vivos con el medio ambiente cambiante cuya tendencia es hacia desorden o la entropa. La homeostasis proporciona a los seres vivos la independencia de su entorno mediante la captura y conservacin de la energa procedente del exterior. La interaccin con el exterior se realiza por sistemas que captan los estmulos externos como pueden ser los rganos de los sentidos en los animales superiores o sistemas para captar sustancias o nutrientes necesarios para el metabolismo como puede ser el aparato respiratorio o digestivo..

En la homeostasis intervienen todos los sistemas y aparatos del organismo desde el sistema nervioso, sistema endocrino, aparato digestivo, aparato respiratorio, aparato cardiovascular, hasta el aparato genitourinario. La homeostasis fue descubierta por Claude Bernard en el siglo XIX, pero el trmino homeostasis fue acuado por el bilogo Walter Cannon (1871-1945), que recibi el Premio Nobel por definir en 1932, en el libro "The Wisdom of the Body", las caractersticas que rigen la homeostasis que son: 1. Importancia del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulacin. 2. Nivel tnico de actividad: Los agentes tanto del medio interno como del medio externo mantienen una moderada actividad que vara ligeramente hacia arriba o abajo, como rodeando un valor medio en un intervalo de normalidad fisiolgica. 3. Controles antagnicos: Cuando un factor o agente cambia un estado homeosttico en una direccin, existe otro factor o factores que tiende a contrarrestar al primero con efecto opuesto. Es lo que se llama retroalimentacin negativa o feed-back negativo. 4. Seales qumicas pueden tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales Las funciones de los seres vivos estn encaminadas a la supervivencia individual o colectiva en distintas condiciones de medio ambiente, o sea a la adaptacin del individuo y la especie al medio en que viven. Las reacciones de los organismos vivos tienden a sobre ponerse a las alteraciones del medio en que viven, de tal manera que en el interior de su organismo se produzcan cambios mnimos. Cualquier modificacin de temperatura, concentracin de sales, de acidez, etc., es contrarrestada por una serie de mecanismo que tratan de regresar el sistema al estado previo; estos fenmenos de regulacin que tienden a mantener constante la composicin reciben el nombre de homeostasis y representan unas de las caractersticas de los sistemas biolgicas.

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Requerimientos Nutricionales.Los seres vivos deben de satisfacer sus necesidades de nutrimentos con los materiales que se encuentran en los alimentos o que son sintetizadas a partir de diversas sustancias que se encuentran en el organismo. Las protenas, los carbohidratos, los lpidos, son nutrimentos energticos; las vitaminas, los minerales y el agua son nutrimentos no energticos. Los nutrimentos dietticamente esenciales se utilizan con atencin al momento metablico en que se encuentra el organismo; por tanto, la cantidad ptima de determinados nutrimento varia, no solo de persona a persona, sino tambin en el interior de un mismo sujeto y de acuerdo con muy diversas condiciones. No obstante, en Biologa se busca siempre las regularidades que permitan operar dentro de ciertos lmites de confiabilidad; as se acepta universalmente que los nutrimentos dietticamente esenciales deben de consumirse en determinadas cantidades, diariamente y de acuerdo con la edad y el estado fisiolgico de la persona. Por requerimiento nutricional se entiende la cantidad de cada NDE necesaria para cumplir adecuadamente con las funciones biolgicas del organismo. Los distintos requerimientos se han determinado con bases a estudios bioqumicos individuales y reflejan los lmites dentro de los cuales el organismo puede funcionar sin alteraciones por dficit o excesos.

Dieta.Consiste en el uso metdico de determinadas sustancias alimenticias en el sujeto sano o enfermo, o en ambos con el propsito de conservar la vida; Es necesario hacer una valoracin de la alimentacin desde el punto de vista del aporte calrico que aporta al organismo independiente de la composicin de la misma, en cuanto al contenido de carbohidratos, lpidos y protenas. La base de esta valoracin es el hecho de que en un momento dado, en el organismo no existe prdida ni ganancias de materiales; el peso tiende a mantenerse constante, sobre todo en los animales superiores adultos; an en los animales superiores en crecimiento, el aumento de peso es relativamente lento. Tampoco hay cambio en el estado energtico; todos los sistemas de intercambios de energa se encuentran en equilibrio dinmico. Se puede calcular la cantidad de carbohidratos, lpidos y protenas, necesarias para satisfacer los requerimientos energticos de un individuo, de acuerdo a la actividad que desarrolla; toda la informacin al respecto ya existe; el valor calricos de los alimentos se ha medido calorimtricamente, por la determinacin del calor que se desprende al oxidarlos en presencia del oxgeno. Para los carbohidratos, el valor medido es de aproximadamente 4 Caloras por gramos; para los lpidos es aproximadamente de 9 Caloras por gramos, y para las protenas es de 4 Caloras por gramo. Estos valores pueden variar de acuerdo a la actividad de los individuos. En los laboratorios se ha determinado el contenido aproximado de carbohidratos, de lpidos, protenas , vitaminas y minerales de las materias primas empleadas para la elaboracin de los alimentos; tambin se ha medido con aproximacin el valor calrico de los alimentos ya elaborados, se cuenta con valores menos precisos 13

para lo que puede ser una racin de tal o cual alimento. En la prctica se recurre a tablas ya elaboradas en las cuales se dan los valores experimentales determinados para distintos individuo de acuerdo con su alimentacin

Enfermedades Nutricionales.La desnutricin es la condicin en la que un individuo sufre una serie de alteraciones, debido a una deficiencia de la alimentacin. Desde el punto de vista nutricional son diversos los factores que hay que tomar en cuenta: la cantidad de alimentos, los aminocidos esenciales, los minerales y las vitaminas. La desnutricin puede resultar por la deficiencia de cualquiera de estos elementos. El individuo que come lo que puede, difcilmente estar en posibilidades de balancear su dieta y complementarla con vitaminas y minerales. Los problemas nutricionales en los adultos son numerosos; representan una serie de alteraciones que conducen desde las alteraciones fsicas hasta los estados patolgicos de diversos tipos, debido a las lesiones producidas por las avitaminosis simple o mixta que pueden coexistir en los grados de mayor intensidad del cuadro. La desnutricin tiene un efecto de extraordinaria importancia durante el desarrollo de los individuos. No se trata simplemente de que un nio desnutrido padezca retraso en su desarrollo y que por medio de una alimentacin adecuada se lo pueda corregir. Los perodos crticos representan etapas del desarrollo durante las cuales en necesario contar con una alimentacin adecuada; si esta no existiera, pasado el perodo ya no es posible subsanar el dao. En un ao de desnutricin puede dejar taras en un nio, en cuanto a su desarrollo mental ya que no se puede corregir, independiente de que se lo coloque en las mejores condiciones nutricionales por el resto de su desarrollo y de su vida. Las protenas de origen animal son las de mejor calidad, pero su costo es muy alto, Se ha promovido el desarrollo del cultivo de la soya, con semillas seleccionadas que contienen alto grado de protenas, y que contienen cantidades suficientes todos los aminocidos esenciales , es decir que se trata de plantas que tienen un contenido elevado de protenas completas que pueden sustituir en la alimentacin a las protenas animales

TEST DE EVALUACION1. Escriba una definicin de bioqumica de acuerdo a su comprensin. 2. Elabore un objetivo que ud, se propone alcanzar aprendizaje de la asignatura. mediante el

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3. Haga una lista de los principales componentes qumicos de los seres vivos. 4. Que concepto tiene ud., sobre las dietas para tener una buena salud. Elabore una dieta que d buenos resultados para los estudiantes. 5. Cual es el papel que los iones desempean en la clula explique con un ejemplo. 6. Entre los compuestos heterocclicos cuales tienen importancia biolgicas. 7. En que consiste la homeostasis y como influye en los seres vivos.

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UNIDAD N 2 LA CELULA, SU ORGANIZACIN BIOQUIMICA

OBJETIVOSy y Describir la naturaleza de los principales componentes subcelulares, su funcin y su composicin qumica. Explicar como el microscopio electrnico y la ultracentrfuga han ayudado con el estudio de la bioqumica de la clula.

GeneralidadesEl ser humano, como todos los seres vivos, est formado de clulas, unos 100 billones, unidas entre s por estructuras intercelulares de sostn. Las mismas clulas se comportan como pequeos seres vivos porque realizan idnticas funciones vitales que los organismos pluricelulares: necesitan nutrirse para asegurar su vida, utilizan los mismos principios inmediatos y el oxgeno para obtener energa, responden a determinados estmulos y tienen capacidad para reproducirse. Las clulas se clasifican en: Procariotas: Los microorganismo unicelulares ms sencillos y pequeos que existen son loa procariotas conocidos generalmente como bacterias, se las considera los actuales representantes de las clulas ancestrales que a pesar de su relativa simplicidad estructural han logrado vivir mucho ms que otros organismos y a la fecha constituyen las clulas ms abundante sobre la tierra. La razn de ello radica en su alta capacidad de adaptacin, que les permite tener ndice elevado de reproduccin

Eucariotas: Las clulas eucariotas estn representadas por organismo unicelulares o multicelulares , los primeros constituyen el grupo protista, conocidos como protozoarios o los primeros animales, a pesar de su constitucin relativamente simple, sus diferentes especies poseen estructuras y forma de comportamiento especializadas, como fotorreceptores, flagelos, as como la capacidad de fagocitar diversas partculas incluyendo clulas. Por otra parte , las clulas de organismo multicelulares se agrupan en varios tejidos y rganos con funciones especial izadas. Estos grupos de clulas diferentes actan como

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una unidad debido a la existencia de varios sistemas de comunicacin intercelular.

Componentes Subcelulares.

Membrana Celular La membrana est constituda de lpidos y protenas. La parte lipdica de la membrana est formada por una pelcula bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles.

Las protenas de la membrana estn suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipdica, formando los canales por los cuales entran a las clulas, en forma selectiva, ciertas substancias.

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La selectividad de los canales de protenas le permite a la clula controlar la salida y entrada de substancias as como los transportes entre compartimentos celulares. Las protenas de la membrana no solo hacen que el transporte a travs de ella sea selectivo, sino que tambin son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentracin). Las dems funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unin de determinadas substancias en las superficies celular estn determinadas tambin por la parte proteica de la membrana. A estas protenas se les llaman receptores celulares. Los receptores estn conectados a sistemas internos que solo actan cuando la sustancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actan muchos de los controles de las clulas, algunos caminos metablicos no entran en accin a menos que la molcula "seal", por ejemplo, una hormona, haya llegado a la superficie celular. En la membrana se localizan unas glicoprotenas que identifican a otras clulas como integrantes de un individuo o como extraas (inmunoreaccin). Las interacciones entre las clulas que conforman un tejido estn basadas en las protenas de las membranas. Resumiendo, la estructura de las membranas depende de los lpidos y las funciones dependen de las protenas.

Ncleo A la membrana que envuelve el ncleo se le conoce como envolvente nuclear y consiste de dos membranas concntricas. La membrana exterior da hacia el citoplasma y la interior hacia el nucleoplasma. La membrana nuclear tiene unos poros que casi son obstruidos por una estructura densa que se le llama anillo. Este es el conducto por medio del cual salen del ncleo hacia el citoplasma los cidos ribonucleicos bien sean libres ( ARN mensajero o ARN de transferencia) o como subunidades ribosomales. Dentro del ncleo se encuentran unas masas de fibras formadas por ADN nuclear y protenas. Cada molcula de ADN y sus protenas asociadas constituyen un cromosoma. El ncleo de una clula humana contiene 46 cromosomas. Al conjunto de los cromosomas que se encuentran dentro de una clula se le llama cromatina. Dentro de la cromatina se distinguen varias estructuras que se llaman nucleolos, fibras nucleolares y grnulos nucleolares. Los nucleolos son parte de la cromatina y se especializan en el ensamble de las subunidades que constituyen los ribosomas. El ncleo es el centro de control de la clula. Desde aqu se dirige la sntesis de enzimas en los ribosomas del citoplasma y por ende se determina la actividad metablica de la clula. Se conserva, replica y expresa la informacin gentica

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de la clula. Como se trat anteriormente, el conjunto de enzimas que se encuentran en una clula determinan su actividad metablica.

Estructura del Ncleo.

Citoplasma El citoplasma est constituido por los organelos y el citosol. Los organelos ms importantes son los ribosomas, mitocondrias, vacuolas y otras estructuras unidas a las membranas. Al lquido en el que sobrenadan los organelos se le conoce como citosol. Ribosomas. La sntesis de las protenas tiene lugar en el citoplasma. Despus de que los mARN y los tARN se sintetizan en el ncleo, pasan a travs de los anillos en la envolvente nuclear y entran al citoplasma como molculas independientes. El rARN entra al citoplasma como subunidades ribosomales. Existen dos tipos de subunidades. En el citoplasma se unen las dos subunidades con molculas de mARN para formar ribosomas completos activos. Los ribosomas completos tienen un dimetro de 25-30 nm. Los ribosomas activos pueden estar suspendidos en el citoplasma o unidos al retculo endoplsmico rugoso (RER). Los ribosomas suspendidos en el citoplasma sintetizan las siguientes protenas: a) las que formarn parte del citosol, b) las que constituirn los elementos estructurales y c) las que forman los elementos mviles del citoplasma. Los ribosomas del RER sintetizan las protenas que van a formar parte de las membranas o del contenido de las vacuolas. Retculo endoplsmico. El RER es un conjunto de membranas interconectadas que forman un extenso sistema de canales y que tienen unidos ribosomas.

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Las protenas sintetizadas en el RER se integran a sus membranas o las atraviesan y pasan a los canales del RER. Las protenas que forman parte del RER eventualmente emigran para integrarse a otras membranas, entre ellas la membrana plasmtica. En los canales del RER se forman las protenas complejas (glicoprotenas, lipoprotenas, sulfoprotenas, etc.), va la adicin de los grupos prostticos las cuales son transportadas a otras partes de la clula o enviadas al exterior de la misma. La regin del RER, donde se transforman y desplazan las protenas, tiene la forma de sacos aplanados y se le conoce con el nombre de Cuerpos de Golgi. En los Cuerpos de Golgi se sintetizan tambin algunas de las macromolculas que no son protenas. Ejemplo de estos compuestos son los polisacridos estructurales y los de almacenamiento. La parte del retculo endoplsmico no asociado a ribosomas, se conoce como retculo endoplsmico liso. Este sistema se encarga de la degradacin de grasas cuando se metabolizan para la produccin de energa, o cuando se involucran en la destoxificacin de substancias que hayan penetrado la clula. Vacuolas.- Las vacuolas son sacos que almacenan protenas para su uso posterior dentro de la clula o para exportarse al exterior de la misma. Las vacuolas de excrecin envan su contenido hacia afuera de la clula mediante el proceso de exocitosis. Las vacuolas tambin pueden actuar para transportar hacia el interior de las clulas substancias que no se pueden difundir a travs de la membrana celular. El proceso se llama endocitosis y es la forma en que las clulas introducen macromolculas y material corpuscular. En la exocitosis las vacuolas de excrecin se acercan a la membrana celular, se funden con ella y su contenido termina en el exterior de la clula.

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En la endocitosis las molculas que se van a introducir a la clula se unen al exterior de la membrana celular, se forma una invaginacin y se constituye una vacuola. Esta vacuola puede emigrar al lugar de la clula donde su contenido se digerir o ser transformado.

Lisosomas.- Son vacuolas producidas por el RER y los cuerpos de Golgi, contienen enzimas digestivas que pueden romper la mayora de las biomolculas. En muchos casos las substancias obtenidas por endocitosis son llevadas a los lisosomas para su rompimiento. El contenido de los lisosomas se puede enviar al exterior de la clula para digerir substancias que se encuentren en el exterior. En algunas ocasiones se liberan las enzimas de los lisosomas hacia el interior de la clula causando la muerte celular. Esto puede ser producto de procesos patolgicos, daos por txicos o ser parte del proceso de desarrollo embrionario. Por ejemplo la prdida de la cola de los renacuajos es producida por este tipo de muerte celular. Mitocondria.- Es un organelo complejo, unido a membranas, que cambia de forma. La forma reconocida como tpica, es un corpsculo alargado con un dimetro de aproximadamente media micra y una micra de longitud. Est rodeado de una doble membrana. La membrana exterior es lisa y continua y la membrana interior se dobla y se extiende hacia el interior en proyecciones tubulares llamadas cristas. El espacio que queda en el interior de las mitocondrias se le llama matriz. A las mitocondrias se les conoce como las centrales de fuerza de la clula, porque en ellas se llevan a cabo las reacciones de oxidacin que producen la energa que utiliza las clulas. Las miticondrias generan la gran mayora de los ATP (adenosn-tri-fosfato) que necesita la clula, por medio de la fosforilacin oxidativa del ADP (adenosn-di-fosfato).

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Esquema de una Mitocondria. Las mitocondrias son prcticamente autnomas. Tienen su propio ADN y ribosomas. Actan prcticamente igual que una bacteria. De hecho se piensa que las mitocondrias fueron bacterias que quedaron embebidas en una clula que evolucion para convertirse en clula eucariota. Membrana nuclear Es doble y permite el paso recproco de sustancias entre el ncleo y el citoplasma gracias a su estructura porosa.

Plasma nuclear:

Lquido claro y viscoso donde se sumergen las dems estructuras nucleares.

Nuclolo: Corpsculo esfrico, que aparece aislado o en grupos, relacionado con la formacin de los ribosomas.

Cromatina:

Sustancia que puede adoptar diversas tonalidades y que est formada por largos filamentos de ADN (cido desoxirribonucleico). Estos presentan unas partculas, los genes, que contienen, cada uno de ellos, informacin sobre una determinada funcin celular.

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SEPARACIN DE COMPONENTES SUBCELULARES: MtodosExisten muchos mtodos, pero uno de los ms utilizados en el laboratorio consiste en separar los distintos componentes de las clulas, o las clulas mismas, aprovechando sus diferentes densidades, y el hecho de que, por lo tanto, la velocidad con que sedimentan los distintos componentes vara de acuerdo con esa densidad. La siguiente figura muestra en forma simplificada el procedimiento que puede utilizarse para separar los componentes de una clula, y que consiste esencialmente en dos sistemas; en el ms usado de ellos, llamado de centrifugacin diferencial, se realizan centrifugaciones a distintas velocidades y tiempos para obtener sus componentes. Por ejemplo, para sedimentar las mitocondrias de clulas hepticas basta con centrifugar alrededor de 10 minutos el homogeneizado a una velocidad que produzca algo as como 8 000 veces la fuerza de la gravedad. Pero antes de eso, ser necesario sedimentar partculas ms pesadas como los ncleos. Entonces, lo que se hace primero es centrifugar a una velocidad menor y despus sedimentar las mitocondrias. Si lo que se trata de obtener son los ribosomas de las clulas, es necesario centrifugar durante aproximadamente 30 minutos a una velocidad que genere algo as como 100 000 veces la fuerza de la gravedad.

La sedimentacin de componentes celulares por centrifugacin.

Otro de los procedimientos consiste en la preparacin en un tubo de centrfuga de una solucin que puede ser de sacarosa o de otras sustancias, en la cual la concentracin de la sustancia disuelta va aumentando de arriba a abajo en el tubo. Esto equivale a que existan entonces diferentes densidades a distinta altura. Si luego se coloca un homogeneizado o una preparacin un poco ms pura obtenida de alguna clula, y se le somete a una centrifugacin, cada una de las partculas presentes en el homogeneizado se va a detener en el punto en donde la densidad del lquido sea igual a la propia. As, los ncleos viajarn

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hacia la parte inferior del tubo, las mitocondrias se quedarn en una zona intermedia por arriba de la anterior, y los ribosomas en una zona todava ms arriba. El procedimiento que se llama de centrifugacin en un gradiente de concentracin, en ocasiones permite separar componentes celulares que tienen densidades relativamente semejantes. Como ya se mencion, las propiedades de las membranas de las partculas subcelulares pueden estudiarse utilizndolas intactas; se pueden realizar los experimentos directamente con las partculas obtenidas en la centrifugacin. Sin embargo, si lo que se busca es conocer ms detalladamente las propiedades de las membranas, y en especial sus componentes, es necesario en principio utilizar un procedimiento semejante al ya mencionado para la preparacin de las membranas de los glbulos rojos; el procedimiento consiste en la ruptura de las membranas y su separacin posteriormente, casi siempre por centrifugacin diferencial. En todos los casos, cuando se hace la ruptura, cambian las densidades respecto a las clulas u organelos intactos, y las velocidades de centrifugacin y los tiempos utilizados tienen que ser ms largos. Las tcnicas para la separacin de los componentes celulares y sus membranas han evolucionado a tal grado, que ya en esta poca es posible obtener una preparacin de membranas puras de prcticamente cualquier sistema biolgico.

Funcin Bioqumica de Componentes Celulares. En el interior de las clulas tienen lugar numerosas reacciones qumicas que les permiten crecer, producir energa y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (trmino que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las clulas contienen informacin hereditaria codificada en molculas de cido desoxirribonucleico (ADN); esta informacin dirige la actividad de la clula y asegura la reproduccin y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas molculas idnticas o casi idnticas) demuestran que hay una relacin evolutiva entre las clulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

Ejercicios ilustrativoy y Realice la separacin de algunos componentes celulares, obsrvelos al miroscopio y grafique. Basando en el esquema de separacin de los componentes celulares, Cmo podra Ud. estimar el volumen relativo y la densidad de los microsomas, en contraste con los ncleos y las mitocondrias?.

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y

Disponiendo de 10 gr. De tejido heptico, Cmo hara Ud. para demostrar que los lisosomas de las clulas hepticas hidrolizan tejido protenico muerto?.

TEST DE EVALUACIN1. Cul es la naturaleza de la membrana celular?. Qu datos hay indicando la existencia de permeabilidad selectiva a travs de la membrana celular? 2. Los Bioqumicos han estudiado intensamente las mitocondrias durante aos, Porqu se interesan tanto en esta partcula subcelular? 3. En una micrografa electrnica de la clula Cmo puede distinguirse el retculo endoplsmico rugoso del liso?. 4. Cul es una de las funciones principales de la forma rugosa?.

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UNIDAD N 3: EL AGUA Y EL PH

OJETIVOSy y y y Estudiar las propiedades fsicas y qumicas, y su funcin dentro de los procesos bioqumicos. Comprender el papel del PH y de las soluciones reguladoras en los organismos vivos. Definir el enlace de hidrgeno y explicar cmo este enlace proporciona algunas propiedades anormales a las molculas Comprender la significacin de una solucin amortiguadora y su papel en bioqumica.

El AguaLa vida tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarroll siempre en un medio acuoso, incluso en los seres no acuticos; el medio interno es esencialmente hdrico. La inmensa mayora de las reacciones bioqumicas se desarrollan en el seno del agua y obedecen a las leyes fisco-qumicas de las disoluciones acuosas. Efectivamente el agua rene una serie de caractersticas que la convierten en un disolvente nico e insustituible en la biosfera, indudablemente el agua es indispensable para la vida. La estructura del agua, as como sus propiedades fsico-qumicas hace que sea posible la vida, ya que esta molcula es el disolvente en el que se encuentran las sustancias que se requieren para formar una clula es el medio en el cual tienen lugar la mayor parte de las reacciones metablicas .

PROPIEDADES DEL AGUA Constante dielctrica El agua tiene una de las constantes dielctricas ms elevadas.

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Constante dielctrica para algunos compuestos Constante Compuesto dielctrica (I) A 298 K H2 O 78.5 Metanol 32.6 Etanol 24 H2S 9.3 C6H6 2.2 CCl4 2.2 CH4 1.7 Aire 1.00006 Mica 5.4 Poliestireno 2.5 valor de la constante dielctrica para algunos lquidos.

El agua, por tanto, es uno de los solventes ms polares que existen, esto se debe a la presencia de un tomo muy electronegativo, el Oxgeno, y dos muy poco electronegativos, los Hidrgenos en la molcula. La consecuencia de lo anterior, es que molculas o partculas cargadas elctricamente son fcilmente disociadas en presencia de agua. La ionizacin sucede por que las fuerzas coulmbicas entre las cargas opuestas son dbiles y, por tanto, se rompen fcilmente. Estas fuerzas son proporcionales a q+q-/Ir2, en donde I es la constante dielctrica, q+ y q- son la carga catinica y aninica respectivamente. Esta observacin es muy importante para los sistemas biolgicos pues la diferencia en los gradientes ionicos es la base energtica y funcional de muchos procesos. Capacidad calorfica El agua posee una capacidad calorfica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 K. Para los sistemas biolgicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo. De la misma forma, los organismos acuticos, si el agua no poseyera esa cualidad, se veran muy afectados o no existiran. Calor de vaporizacin El agua tiene un elevado calor de vaporizacin, al igual que otros lquidos capaces de hacer puentes de Hidrgeno como el etanol o el cido actico, pero a diferencia de otros lquidos como el hexano que no los hacen

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Compuesto

Calor de vaporizacin KJ mol-1

H2 O 40.7 a 273 K cido actico 41.7 a 391 K Etanol 40.5 a 351 K Hexano 31.9 a 341 K valor del calor de vaporizacin para algunos lquidos. Para los sistemas biolgicos esta propiedad es muy importante pues gracias a ella es que se lleva a cabo eficientemente la respiracin y sudoracin. Densidad El agua lquida es ms densa que el hielo a presin y temperatura estndar. Existe un cambio positivo en el volumen despus del congelamiento, lo que ocasiona que el hielo flote. Si el hielo no flotara, la vida acutica en cuerpos de agua como lagos y en los polos terrestres, no existira pues estos cuerpos de agua se congelaran desde el fondo hacia la superficie, de hecho, lo contrario, la capa de hielo que se forma sobre estos cuerpos de agua, resulta en un aislante trmico. Tensin superficial El agua tiene una tensin superficial elevada, esto hace que en los procesos biolgicos, se utilicen molculas tipo detergente (anfiflicas) para modificarla. Los surfactantes pulmonares por ejemplo, decrecen el trabajo necesario para abrir los espacios alveolares que permiten el intercambio gaseoso eficiente, la ausencia de estas substancias, ocasiona enfermedades severas y la muerte.

Constante de ionizacin Debido a su constante de ionizacin, el agua posee una conductividad elevada. La conductividad de hielo es elevada, pero 103 veces menor que en el estado lquido. Debido a esta caracterstica el agua participa activamente en la conduccin de seales elctricas en el sistema nervioso. Muchas de las caractersticas que hacen al agua un lquido tan particular, se deben a su capacidad de hacer puentes de Hidrgeno.

Propiedades Fsicas del Agua.El estudio de las propiedades del agua es central para la Bioqumica por las siguientes razones:

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A. Casi todas las biomolculas asumen sus formas, y por tanto sus funciones en respuesta a las propiedades fsicas y qumicas del agua. B. El agua es el medio de la mayora de las reacciones bioqumicas. Los productos y reactivos de las reacciones metablicas, los nutrientes y los productos de desecho, dependen del agua para su transporte en el interior y exterior celular. C. El agua por si misma participa en muchas reacciones qumicas que participan en la vida. Frecuentemente los componentes inicos del agua, los iones H+ y OH-, son reactivos. De hecho la reactividad de muchos grupos funcionales de las biomolculas, dependen de la concentracin de estos iones en los alrededores. D. La oxidacin del agua para producir oxgeno molecular, O2, es la reaccin fundamental de la fotosntesis, en donde la energa del sol es almacenada qumicamente para soportar la vida. Estructuras e interacciones del agua La naturaleza inodora, incolora e inspida del agua es fundamental para los organismos vivos. La molcula de H2O tiene una geometra doblada pues a pesar de ser simtrica, los enlaces que la forman, no se encuentran en lnea recta. Lo anterior se debe a la naturaleza hbrida sp3, de los orbitales del oxgeno que se dirigen hacia las esquinas de un tetrahedro:

representacin de la molcula de agua. La gran diferencia en electronegatividad entre los tomos de Hidrgeno y Oxgeno confiere el 33 % del carcter inico del enlace O-H como lo indica el momento dipolar del agua (1.85 debyes). El agua es claramente una molcula polar y esta caracterstica tiene importantes implicaciones en los sistemas vivientes.

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Las molculas de agua se asocian entre ellas a travs de puentes de hidrgeno El agua es una molcula polar, el tomo de Oxgeno con sus electrones no apareados (2s2px), posee una densidad de carga negativa (H-), de 0.66e; en donde e es la carga de un electrn. Los tomos de Hidrgeno poseen una carga parcial positiva (H+) de +0.33e:

Configuracin electrnica del Hidrogeno

Configuracin electrnica del Oxgeno

Representacin de la configuracin electrnica de los tomos de los elementos que forman a la molcula de agua.

Al realizarse los enlaces con los dos tomos de Hidrgeno, el oxgeno adquiere la configuracin del un gas noble o bien cumple con la regla del octeto de Lewis (2s22px2py2pz). An as en la ltima capa (L 2), el Oxgeno tiene dos electrones sin compartir, es precisamente con esos electrones con los que la otra molcula de agua se orienta para formar el puente de Hidrgeno: Las atracciones electrostticas entre los dipolos de dos molculas de agua tienden a orientarse de tal manera que el enlace O-H de una molcula de agua, apunta hacia el par de electrones no apareado del tomo de Oxgeno de la otra molcula de agua. Esto resulta en una asociacin direccional intermolecular denominada puente de Hidrgeno El puente de Hidrgeno es una interaccin que es crucial para las propiedades del agua y su papel como solvente. Su energa es muy dbil (20 kJ mol-1), pero la suma de muchos de ellos hace a los compuestos que los presentan poseer caractersticas peculiares. En general un puente de Hidrgeno se representa como: D HyyyyyyyyyA en donde D-H es un cido dbil (donador) como N-H u O-H+ , a veces S-H+ ; y A es una base dbil (aceptor), como N u O y ocasionalmente S. En el agua, los puentes de Hidrgeno tienen una distancia de aproximadamente 1.8 A. Dadas las caractersticas explicadas anteriormente, debe quedar claro que cada molcula de agua puede establecer 4 puentes de

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Hidrgeno con otras molculas de agua. Lo que hace una malla de molculas ordenadas. Los enlaces de hidrgeno entre las molculas de agua proveen de las fuerzas cohesivas que hacen del agua un lquido a temperatura ambiente, de hecho favorecen tambin el orden extremo de las molculas en el hielo que es agua slida.

El agua forma puentes de hidrgeno con solutos polares Los puentes de Hidrgeno no son propios del agua, las molculas polares como las sales, se disuelven en el agua porque reemplazan las interacciones agua-agua con interacciones agua-soluto que son energticamente ms favorables.

Representacin de los puentes de Hidrgeno ms comunes en los sistemas biolgicos

Puentes de Hidrgeno comunes en las biomolculas

Por el contrario, las molculas no polares, como las grasas interfieren con las interacciones agua-agua, pero son incapaces de formar interacciones favorables agua-soluto, por lo tanto estas molculas son poco solubles en agua. Los puentes de hidrgeno, las interacciones ionicas, hidrofbicas (del griego terror al agua) y de van der Waals, son interacciones muy dbiles por si

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mismas, pero colectivamente tienen una gran influencia en la estructura tridimensional de las macromolculas biolgicas.

Grupos polares y no polares en algunas biomolculas.

Los puentes de hidrgeno le dan al agua sus propiedades inusuales El agua tiene puntos de fusin y de ebullicin as como calor de vaporizaciones ms elevadas que otros solventes comunesPunto de fusin

(J/g)* Agua 0 100 2,260 Metanol -98 65 1,100 Etanol -117 78 854 Propanol -127 97 687 Butanol -90 117 590 Acetona -95 56 523 Hexano -98 69 423 Benceno 6 80 394 Butano -135 -0.5 381 Cloroformo -63 61 247 Tabla: Valores de punto de fusin, punto de ebullicin y calor de vaporizacin pa