INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA Y EL AGUA
Facilitadora: Eunice Molinar
Qué es la BIOQUÍMICA? La bioquímica es el estudio de las moléculas y las reacciones químicas de la vida.
Qué es la BIOQUÍMICA? La bioquímica es el estudio de las moléculas y las reacciones químicas de la vida.
Los elementos químicos de la vida
Tabla periód iódica ica de los los elementos. Los elementos importantes encontrados en las células vivas se muestran a color. Los elementos en color rosa (CHNOPS) son los seis elementos más abundantes. Los cinco iones esenciales están en violeta. Los elementos traza se muestran en celeste oscuro (más comunes) y en celeste claro (los menos comunes).
Muchas macromoléculas importantes son polímeros A.Proteínas
B.Polisacáridos
Muchas macromoléculas importantes son polímeros C. Ácidos nucleicos
D. Lípidos y membrana
LA CÉLULA Es la unidad básica de la vida A. Célula procariota
LA CÉLULA Animal
Vegetal
La Célula Animal https://www.youtube.com/watch?v=6fbwQGioDuI https://www.youtube.com/watch?v=xo1anbizT4E&ebc=ANyPxKrrwBMi-wrAwUOncUo5kxEc2j-Kp99nxP_XkNlR2doBjyFLIhzsPufX8FaOuwBOuiWMMUqq2WCh6UARW27JOaIOIhESg
Mitocondria. Las mitocondrias son los sitios principales de la transducción de energía en las células eucarióticas. El metabolismo de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos se lleva a cabo en este organelo.
Cloroplasto. Los cloroplastos son los sitios de la fotosíntesis en plantas y algas. Los pigmentos asociados con la membrana tilacoide capturan la energía de la luz y la utilizan para convertir el dióxido de carbono y agua en carbohidratos.
La célula
Introducción al metabolismo y bioenergética
Qué es la Bioenergética? los aspectos energéticos en los sistemas vivos, tanto a nivel molecular como a nivel celular. Es
la
disciplina
que
estudia
Interacciones moleculares ATP
como biomolécula almacenadora de energía Biocatalisis Reacciones acopladas
Sigue las leyes de la termodinámica
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METABOLISMO
METABOLISMO es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen en el interior de las células de un organismo. Es la suma de las reacciones celulares.
Mediante
esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas que, digeridas y transportadas por la sangre, llegan a la célula.
Los METABOLITOS son las pequeñas moléculas que son el producto intermedio en la degradación o biosíntesis de las biomoléculas.
El metabolismo tiene dos finalidades principales:
1. Obtener energía química 2. Fabricar sus propios compuestos
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Alimentos_biomoléculas
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METABOLISMO
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Reacciones que degradan moléculas (GLUCOSA) Se libera energía que se transfiere al ATP (formación de ATP)
-Responsable de la degradación de grandes moléculas para obtener moléculas mas pequeñas y energía.
Reacciones que sintetizan moléculas (GLUCÓGENO) Se requiere un aporte de energía (hidrólisis del ATP)
-Responsable de la síntesis de todos los compuestos necesarios para la conservación, crecimiento y reproducción celular.
-Degradan moléculas pequeñas para formar productos inorgánicos.
Finalidades del metabolismo 16
Anabolismo y Catabolismo 17
La ruta metabólica de cada organismo están especificadas por los genes que contiene su genoma.
Las Rutas Metabólicas 18 En su mayoría, las reacciones metabólicas están catalizadas por enzimas, por tanto el estudio del metabolismo no solo abarca: -
Reacciones Productos intermedios Productos finales Características de las enzimas relevantes
Las células pueden efectuar ciento de miles de reacciones. Para un mejor estudio y comprensión, se subdivide en forma sistemática el metabolismo en segmentos y ramas. El estudio del metabolismo se divide en principales de biomoléculas.
los cuatros grupos
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El agua: el medio de la vida
Hidrógen o Oxígeno
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Importancia del agua
El agua es el líquido más abundante de la corteza y uno de los pocos líquidos naturales. Es esencial en los seres vivos. El agua es el componente más abundante en los medios orgánicos, los seres vivos contienen por término medio un 70% de agua. El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra- como extracelularmente. El agua intracelular es la que está en el interior de las células, representa 2/3. El agua extracelular es la que está bañando las células o circulando en forma de sangre, linfa, savia, etc.
• Componente químico predominante de los organismos vivos. • Presenta singulares propiedades físicas: -Disuelve una gran cantidad de molecular orgánicas e inorgánicas. -Capacidad para formar enlaces de hidrógeno. -Excelente nucleófilo. -Es un reactivo o un producto en muchas reacciones metabólicas.
Estructura molecular del agua
El ángulo del enlace H—O—H en el agua es de 104.5°, pero si los orbitales electrónicos apuntaran en realidad a las cuatro esquinas de un tetraedro el ángulo sería de 109.5°. La explicación normal de esta diferencia es que existe una fuerte repulsión entre pares de electrones solitarios y esa repulsión trata de unir los enlaces covalentes, con reducción del ángulo de 109.5° a 104.5°
Ángulo entre los enlaces covalentes de una molécula de agua. Dos de los orbitales híbridos sp3 del átomo de oxígeno participan en los enlaces covalentes con los orbitales s de los átomos de hidrógeno. Los otros dos orbitales sp3 están ocupados por pares solitarios de electrones.
La molécula de agua (H 2O) tiene forma de V y el ángulo entre los dos enlaces covalentes O—H es de 104.5°. Algunas propiedades importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces intermoleculares que puede formar.
Puentes de hidrógeno en el agua
La atracción entre uno de los átomos de hidrógeno, ligeramente positivo, de una molécula de agua y los pares de electrones parcialmente negativos en uno de los orbitales híbridos sp3 produce un “puente de hidrógeno”
Puentes de hidrógeno entre dos moléculas de agua. Un átomo de hidrógeno parcialmente positivo (δ+) de una molécula de agua atrae al átomo de oxígeno parcialmente negativo ( δ-) de una segunda molécula de agua y forma un puente de hidrógeno. Se indican las distancias entre átomos de las dos moléculas de agua en el hielo. Los puentes de hidrógeno se representan con líneas entrecortadas.
Puentes de hidrógeno en una molécula de agua. Una molécula de agua puede formar hasta cuatro puentes de hidrógeno: el átomo de oxígeno es aceptador de dos puentes con dos átomos de hidrógeno y cada grupo O—H sirve como donador de un hidrógeno.
1. Fuerza de enlace ± 20 kj/mol
2. Fuerza de enlace covalente ± 460 kj/mol
3. Propiedades relacionadas: a. Bajo Punto de Fusión b. Alto Punto de ebullición c. Calor de Evaporación d. Tensión Superficial e. Constante Dieléctrica
Estructura del hielo. En el hielo, las moléculas de agua forman una red hexagonal abierta donde cada molécula de agua forma un puente de hidrógeno con otras cuatro. La regularidad geométrica de estos puentes de hidrógeno contribuye a la resistencia del cristal de hielo.
El agua es un solvente excelente 26
A. Las sustancias iónicas y polares se disuelven en agua. Las moléculas que se pueden disociar y formar iones se llaman electrolitos. Las sustancias que se disuelven con facilidad en agua se llaman hidrofolicas o amantes del agua. Los átomos negativos de oxígeno en las moléculas de agua se orienten hacia los cationes (iones con carga positiva) de los electrólitos, y los átomos positivos de hidrógeno se orienten hacia los aniones (átomos con carga negativa).
A. Las sustancias iónicas y polares se disuelven en agua
B. Concentraciones celulares y difusión
Isotónica: disoluciones de igual osmomolaridad. Una célula rodeada por una disolución isotónica no gana ni pierde agua. Hipertónica: disoluciones con mayor osmomolaridad en el citosol. Una célula rodeada por una disolución hipertónica se encoge al salir agua.
Hipotónica: disoluciones con menor osmomolaridad en el citosol. Una célula rodeada por una disolución hipotónica se hincha al penetrar el agua.
C. Presión osmótica
Ósmosis: el movimiento de agua a través de una membrana semipermeable impulsado por diferencias en la presión osmótica. Importante en la vida de la célula.
Las sustancias no polares son insolubles en agua Se dice que las moléculas no polares son hidrofobicas (que “odian” al agua) y a este efecto de exclusión de sustancias no polares por parte del agua se le llama efecto hidrofobico. El efecto hidrofóbico es crítico para el plegamiento de las proteínas y el autoensamblaje de las membranas biológicas.
Cabeza hidrofilica
Cola hidrofóbica
Las moléculas que son hidrofílicas e hidrofóbicas a la vez, se dice que esas moléculas son anfipaticas.
D. Interacciones hidrofóbicas La asociación de una molécula o grupo relativamente no polar con otras moléculas no polares se llama interacción hidrofobica.
El efecto acumulado de muchas interacciones hidrofóbicas puede ser apreciable sobre la estabilidad de una macromolécula.
El agua es nucleofílica El átomo de oxígeno, rico en electrones, determina gran parte de la reactividad del agua en las reacciones químicas. A las sustancias ricas en electrones se les llama nucleofilos (“amantes” del núcleo) porque buscan especies con carga positiva, o con deficiencia en electrones, llamadas electrofilos (“amantes” del electrón).
Los nucleófilos pueden tener carga negativa o contar con pares no compartidos de electrones. Atacan a los electrófilos durante reacciones de sustitución o de adición. Los átomos nucleófilos más comunes en biología son de oxígeno, nitrógeno, azufre y carbono.
Química ácido-base Un ion hidronio cede un protón Salto de un protón
El agua acepta un protón y se transforma en un ion hidronio.
Ácidos, bases y pH Ionización del agua
La escala de pH
pH de algunos fluidos acuosos
Para ser preciso
Constantes de disociación de ácidos débiles
Un par ácido-base conjugado consiste en un donador de protones y un aceptor de protones.
Ecuación de HendersonHasselbalch HA
Ka + H + A
A- HA-
base conjugada ácido débil
Ecuación de HendersonHasselbalch
La constante de equilibrio para la disociación de un protón de un ácido en agua se llama constante de disociación del acido, K . a
Curvas de titulación Los valores de pK a de los ácidos débiles se determinan por titulación. Ejemplo se titula una solución de ácido acético agregando pequeñas alícuotas de una base fuerte de concentración conocida. Se mide el pH de la solución y se grafica en función de la cantidad de equivalentes molares de base fuerte agregados durante la titulación. Cuando se ha titulado el ácido con la mitad de un equivalente de base, la concentración del ácido acético no disociado es exactamente igual a la concentración del anión acetato.
Curvas de titulación del acido acético Región tampón: es la región de la curva donde existe una mezcla en concentraciones relativamente elevadas del ácido débil y su base conjugada.
Los amortiguadores (también llamados disoluciones sistemas amortiguadoras, tampón o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentración de protones apenas varía al añadir ácidos o bases fuertes.
Curva de titulación del ácido fosfórico (H3PO4)
