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TEMA 1: INTRODUCCIÓN. BASES DE LA
BIOQUÍMICA
1. INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA
Definiciones:
La bioquímica es el estudio de la química de la vida. Es la ciencia que estudia las moléculas que existen en los organismos vivos (composición) y las transformaciones químicas que se dan en ellos.
Es una combinación de química y biología. Es la ciencia que usa el lenguaje de la química para explicar la biología en el ámbito molecular.
Aunque la bioquímica se solapa con otras disciplinas como: biología celular, genética, inmunología, microbiología, farmacología y fisiología, la bioquímica estudia:
- ¿Cuáles son las estructuras químicas y tridimensionales de las moléculas orgánicas?
- ¿Cómo interactúan las moléculas biológicas unas con otras?
- ¿Cómo la célula sintetiza y degrada las moléculas biológicas?
- ¿Cómo es conservada y utilizada la energía por la célula?
- ¿Cuáles son los mecanismos para organizar las moléculas biológicas y coordinar sus actividades?
- ¿Cómo se almacena, transmite y expresa la información genética?
Composición química de la materia viva:
La composición química de la materia viva está formada mayoritariamente por 4 elementos: H,O,N y C constituyendo más del 99% de la masa de la mayoría de las células. A partir de estos 4 elementos se forman las biomoléculas.
El H,O,N y C, son los elementos más ligeros capaces de formar 1,2,3 y 4 enlaces covalentes respectivamente.
ELEMENTO PORCENTAJE Oxígeno 63 Hidrógeno 25, Carbono 9, Nitrógeno 1,
Elementos esenciales de los animales:
- Naranja: elementos principales (componentes estructurales de células y tejidos); presentes en la dieta en gramos a diario.
- Amarillo: oligoelementos, necesarios en la dieta en cantidades de pocos mg (Fe, Cu y Zn) o menos.
Las biomoléculas son compuestos de carbono:
La versatilidad del carbono para formar enlaces covalentes sencillos, dobles o triples.
Ningún otro elemento puede formar moléculas con formas y tamaños tan diferentes o con tanta variedad de grupos funcionales.
2. EL AGUA COMO MEDIO DE VIDA
Todas las células vivas dependen absolutamente del agua para su existencia.
¡DEBES SABER!
- ¿Por qué una molécula de agua es polar?
El agua posee una carga parcial negativa cerca del átomo del oxígeno y una carga parcial positiva cerca de los átomos de hidrógeno. Debido a un dipolo eléctrico se genera una compensación con ambas cargas y hace que sea polar.
- ¿Qué es un enlace de hidrógeno y por qué se forma entre moléculas de agua?
3. BIOENERGÉTICA
Todo lo que se relacione con su entorno es un sistema. Por ejemplo una célula, un organismos o una reacción en un recipiente ya que la estamos encerrando en un entorno.
Las células son sistemas abiertos y funcionan como transformadores de energía.
Tipos de sistema:
- Aislado: no hay intercambio con el medio ni de materia ni de energía.
- Cerrado: hay intercambio de calor pero no de materia.
- Abierto: si hay intercambio de materia y de energía.
Las células son sistemas abiertos, ya que transforman la materia en energía en un momento determinado.
Entalpía, entropía y energía libre de Gibss:
- Energía libre de Gibbs, G: Cantidad de energía capaz de realizar un trabajo durante una reacción a temperatura y presión constantes. Predice la espontaneidad de una reacción.
Si una reacción libera energía libre: ∆G<0, reacción EXERGÓNICA Y ESPONTÁNEA.
Si una reacción no libera energía: ∆G>0, reacción ENDERGÓNICA Y NO ESPONTÁNEA.
- Entalpía, H: contenido calórico del sistema (nº y clase de enlaces químicos en reactivos y productos)
Si una reacción libera calor: ∆H<0, reacción EXOTÉRMICA.
Si una reacción no libera calor: ∆H>0, reacción ENDOTÉRMICA.
- Entropía, S: expresión cuantitativa del desorden de un sistema.
El orden biológico es posible termodinámicamente si las células aumentan de modo compensatorio la entropía del medio.
En las reacciones cuando lleva el º son condiciones estándar, y por tanto la temperatura: 25ºC
Las condiciones fisiológicas: temperatura = 37ºC
Relación entre ∆Gº y K (^) eq :
Para una reacción del tipo:
El ∆G es la fuerza motriz que representa la tendencia hacia el equilibrio, cuando un sistema no lo está.
∆G indica la dirección en que se desarollará un proceso, pero no da información del tiempo que tardará en alcanzar el estado de equilibrio.
Equilibrio químico y espontaneidad de las reacciones
La variación de energía libre determina el equilibrio de una reacción:
La variación de energía libre real en la célula es función de las concentraciones de reactivos y productos y de la temperatura que se den durante la reacción, que no tienen por qué coincidir con las condiciones estándar. Por tanto:
Estado estándar
Son condiciones de referencia: 25ºC, 1 atm de presión y concentraciones iniciales de 1M para los reactivos y productos. Estas condiciones: ∆G estándar, ∆Go^ , son constante para esa temperatura determinada.
Para los bioquímicos: [H +] = 10 -7M (pH = 7) ; [H 2 O] = 55,5M ; [Mg 2+^ ] = 1Mm ; y el ∆G estándar → ∆Go’. K (^) eq → K (^) eq ’.
Reacciones acopladas y ATP
- Muchas reacciones químicas son energéticamente desfavorables (∆G > 0) y no ocurrirán espontáneamente.
- Las células pueden llevar a cabo tal reacción acoplándola a una reacción que tiene un ∆G negativo de mayor magnitud.
- Las reacciones energéticamente desfavorables en las células a menudo están acopladas a la hidrólisis exergónica de la adenosina trifosfato. ( ATP ).
- La energía libre útil en una molécula de ATP está contenida en sus enlaces fosfo-anhídrido.
Potencial de transferencia de grupo fosforilo
La facilidad de un compuesto fosforilado para transferir su grupo fosforilo se denomina potencial de transferencia de grupo fosforilo , o simplemente, potencial de transferencia de grupo.
Debido a su posición intermedia en la escala de potencial de transferencia de grupo, el ATP puede transportar energía desde compuestos fosfatos de alta energía producidos a través del catabolismo como la glucosa, convirtiéndose en especies más reactivas.
Reacciones de oxidación-reducción biológicas
Cuando en una solución se encuentran dos pares redox conjugados, se puede producir de forma espontánea la transferencia de electrones desde el dado de e-^ de un par al aceptor de e-^ del otro. La tendencia a que tenga lugar tal reacción depende de la afinidad relativa del aceptor de e-^ de cada par redox por los e-^. El potencial de reducción estándar E’º’ , es una medida (en voltios) de esta afinidad.
Valor de EO ’ alto → fuerte tendencia a ser reducido:
- Reductor: molécula dadora de electrones. Se oxida (oxidación)
- Oxidante: molécula aceptora de electrones. Se reduce. (reducción)
- Oxidación: pérdida de electrones.
- Reducción: ganancia de electrones.
n= número de electrones que se intercambian
Esta ecuación es la relación entre el potencial de reducción y la variación de energía libre.
Moléculas transportadoras de electrones
Coenzimas de nicotinamida:
- Estas coenzimas son transportadores de 2 electrones.
- NAD+^ generalmente funciona en oxidaciones. Normalmente como parte de una reacción catabólica. Catabolismo es oxidativo.
- NADPH es la coenzima habitual en las reducciones. Normalmente como parte de una reacción anabólica. Anabolismo es reductivo.
La niacina (ácido nicotínico) (B 3 ) aporta la porción nicotinamida.
Transfieren un anión hidruro (H-) y desde los sustratos:
- Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD +)
- Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+)
Nucleótidos de flavina:
- Provienen de la vitamina riboflavina (B 2 ).
- Las formas activas son flavín mononucleótido (FMN) y flavin adenin dinucleótido (FAD).
- El nucleótido de flavina está unido fuertemente en la mayoría de las flavoproteínas.
- El anillo de flavina posee un potencial de reducción típico de la flavoproteína específica.
- La succinato deshidrogenasa es un ejemplo destacado de flavoproteína, cataliza la oxidación del succinato para formar fumarato, una reacción importante en la producción de energía.
Contienen ribitol y una flavina o anillo de isoaloxazina.
