Resumen bioquimica

Resumen Bioquímica General
Parte I

Introducción a la bioquímica, fundamentos de la bioquímica, propiedades del agua y sistemas amortiguadores, estructura y función de las proteínas, propiedades de las enzimas y bioenergética.

• Introducción a la Bioquímica:

• Bioquímica: Su estudio muestra el modo en que las moléculas inanimadas que constituyen los organismos vivos interaccionan para mantener y perpetuar la vida, rigiéndose por las mismas leyes físicas y químicas que gobiernan todo el universo.

• Características distintivas de cada organismo: 

• Elevado grado de complejidad química y organización molecular (niveles de organización).
• Existencia de sistemas para extraer, transformar y usar la energía del entorno.
• Existencia de funciones definidas para cada uno de los componentes de un organismo y la regulación de sus interacciones mutuas.
• Mecanismos para detectar y responder a las alteraciones de su entorno.
• Capacidad para autorreplicarse y autoensamblarse.
• Capacidad para evolucionar gradualmente.

• Fundamentos de la bioquímica:

• Fundamentos celulares:

• Teoría celular.
• Oganelos diferentes en composición química y en subunidades (monómeros).
• 3 Dominios celulares: Eucariotas (animal y vegetal), bacterias y arquea (ambos, aeróbicos o anaeróbicos).
• Fuente de energía: Fotótrofos o fotosintéticos (luz solar) y quimiótrofos o no fotosintéticos (oxidación por medio de la transferencia de electrones).
• Complejos supramoleculares (macromolécula + macromolécula): Unidos mediante interacciones no covalentes forman jerarquía estructural (falta uno, se pierde el otro).

• Fundamentos químicos:

• Átomos de Carbono: Versatilidad de enlace (personalidad química y biológica a biomoléculas).
• Macromoléculas: Principal constituyente celular (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos).
• Distribución de los átomos de una biomolécula (estereoquímica).
• Interacciones entre biomoléculas son estereoespecíficas (ej. Reactivo con su enzima o un antígeno con su anticuerpo específico, etc.).

• Fundamentos Físicos:

• Los organismos existen en un estado estacionario dinámico y no se encuentran nunca en equilibrio con su entorno.
• Los organismos transforman la energía (flujo de electrones: reacciones redox) y la materia del entorno.
• Acoplamiento energético: Energía de la luz o del metabolismo de combustibles se conecta las reacciones biológicas (reacciones endergónicas y exergónicas, espontáneas y no espontáneas).
• Trabajo enzimático: Facilitar reacciones químicas.
• Metabolismo: Equilibrio y economía.
• Rutas metabólicas: Reacciones catabólicas (ruta oxidativa, produce energía) y anabólicas (ruta reductiva, gasta energía).

• Fundamentos Genéticos:

• Información genética: Nucleótidos DNA.
• Replicación y reparación DNA.
• DNA: Molécula que a pesar del gran tamaño su secuencia de nucleótidos es precisa. Su mantenimiento es la base de la continuidad genética.
• DNA codifica la secuencia lineal de aminoácidos de una proteína y da paso a una estructura tridimensional.

• Fundamentos Evolutivos:

• Variaciones nucleotídicas del DNA: Mutación y selección.
• Biomoléculas: Producto de la evolución química.
• RNA primigenio: Capaz de autorreplicarse. Proteínas y DNA fueron reemplazando sus funciones.
• Fotosíntesis y fosforilación oxidativa (ATP) a partir de bacterias endosimbióticas.

[pic 1][pic 2]

• Propiedades del agua

• Es líquida a temperatura ambiente y sólida a temperaturas bajas (sólida tiene menor densidad: permite vida bajo el agua).
• Es muy polar (diferencia en las electronegatividades entre H y O).
• Solvente universal:

• Interacciona electrostáticamente con los solutos cargados.
• Hidrofílico: Biomoléculas polares energéticamente favorables (reemplaza  interacción agua-agua por agua-soluto).
• Hidrofóbico: Biomoléculas apolares energéticamente desfavorables (interfieren en la formación de enlaces de H en las moléculas de agua sin compensar su pérdida. No forman interacción agua-soluto).
• Aumenta la entropía al disolver sustancias cristalinas.

• Elevados puntos de fusión, ebullición y vaporización.
• Gran cohesión y capilaridad (plantas y vasos sanguíneos).
• Posee un PH neutro (7).
• Interacciones no covalentes (“débiles”):

• Puentes de hidrógeno (Fuerza intermolecular):

• Se da entre moléculas muy polarizadas por ser uno de los elementos muy electronegativo y el otro un átomo de H, que al tener “δ+” y ser muy pequeño permite acercarse mucho a otra molécula.
• En la estructura cristalina son 4 puentes de H por molécula de agua.
• No son exclusivos del agua.
• Fuertes: Átomo de H y los dos átomos que lo comparten (O) están en línea recta (átomo aceptor alineado con el enlace covalente del átomo dador y el H. Carga positiva del H se sitúa entre las dos cargas parciales negativas).

Débiles: Cuando los grupos unidos por enlace de H sufren restricciones estructurales, la geometría ideal (anterior) no puede ser posible y el enlace de H se torna débil.

[pic 3]

• Fuerzas de Van Der Waals (Fuerza intermolecular)

• Fuerzas de dispersión: Se da entre moléculas apolares. Cuando dos átomos no cargados se encuentran muy cerca, la variación al azar de los electrones alrededor de un núcleo pueden crear un dipolo eléctrico instantáneo que excita a un dipolo eléctrico (inducido) en el átomo cercano. Estos dipolos se atraen débilmente entre sí con lo que los núcleos se acercan más.
• Atracción dipolo- dipolo (Agua): Interacción entre polos opuestos de moléculas polares. Fuerza de atracción eléctrica (electrostática).  

• Interacciones hidrofóbicas

• Son fuerzas que mantienen juntas a las regiones apolares (máxima estabilidad termodinámica).

• Interacciones iónicas

• Es un enlace iónico (metales y no metales) que une a las moléculas por atracción de sus cargas positivas por una parte y negativas por otra. Electronegativos se atraen con electropositivos.

• Los solutos afectan las propiedades coligativas de las disoluciones acuosas.

• Propiedades coligativas:

• Presión de vapor
• Punto de ebullición
• Punto de fusión (congelación)
• Presión osmótica

• Osmosis: Es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable (desde menor cantidad de soluto a mayor cantidad de soluto, hasta un equilibrio).

• Hipertónica: Más soluto que agua a comparación del citosol celular (mayor osmolaridad).
• Isotónica: Igual cantidad de soluto y agua a comparación del citosol celular (igual osmolaridad).
• Hipotónica: Menor cantidad de soluto que de agua a comparación del citosol celular (menor osmolaridad).

• Agua: Equilibrio Ácido Base

• Ionización del agua (ligera y reversible): Iones hidrógeno (H+) e iones hidroxilo (OH-).

• Cuando se disuelven ácidos débiles en agua, su ionización aporta H+, las bases débiles consumen H+ al protonarse.

• La concentración total del ion hidrógeno se puede medir y se expresa como pH (potencial de hidrógeno).
• Los protones o iones hidrógeno formados en agua son inmediatamente hidratados formando iones hidronio (H3O+), ya que estos no existen en disolución.
• Las reacciones ácido-base en disolución acuosa con muy rápidas (movilidad iónica del H+ por “salto de protones”).
• Producto iónico del agua a 25°C:  (Siempre igual)

Kw= [H+] [OH-] = (55, 5 M) (1, 8 x 10-16 M)

       = 1, 0 x 10-14 M2

• Para calcular la concentración de H+ y OH-:

Kw= [H+] [OH-] = [H+]2 = [OH-]2

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