UT 1 : Bioquímica, Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos.

1. UT 1: Bioquímica, Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. Agua. Bioelementos. INTRODUCCIÓN TEÓRICA • Bioquímica: definiciones e importancia. • Bioquímica y Medicina Veterinaria. • Terminología científica. • Comp. Inorgánicos y Orgánicos de la Matriz Vital. • Agua. Bioelementos. • Fuentes bibliográficas. CLASE PRÁCTICA ÁULICA / SEMINARIO • Bioseguridad • Materiales e instrumentos de laboratorio • Composición de agua en los diferentes tejidos.

2. BIOQUÍMICA Es la ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas, reacciones químicas y procesos que ocurren en las células y microorganismos vivientes. La Bioquímica es la ciencia que estudia los seres vivosa nivel molecular mediante técnicas y métodos físicos, químicos y biológicos

3. Bioquímica descriptiva: estudia cada uno de los constituyentes de los seres vivos, para lo cual exige identificación, separación y purificación, determinación de estructuras y propiedades. Bioquímica dinámica: se ocupa de las reacciones químicas que acontecen en los sistemas biológicos, estudio del metabolismo. Objetivos: Comprensión integral, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas.

4. Importancia de la Bioquímicaen las ciencias de la salud RaícesRelación con otras ciencias: * Acidos nucleicos- Genética* Función corporal- Fisiología* Técnicas bioquímicas y planteamiento inmunológicos-Inmunología* Metabolismo de drogas (reacción enzimática)- Farmacología* Venenos que alteran reacciones o procesos bioquímicos- Toxicología* Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología* Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y BotánicosTerminología científica

5. Importancia de la Bioquímica en las Ciencias de la Salud Los modernos métodos de diagnóstico y las nuevas terapias han sentado las bases de la Patología Molecular. Todas las enfermedades (excepto las traumáticas), tienen un componente molecular. Ejemplos de enfermedades Moleculares • Enfermedades de origen hereditario (hemofilia, anemias hemolíticas). • Grandes enfermedades somáticas (diabetes, cáncer). • Enfermedades de etiología exógena (infecciones, déficits de vitaminas). • Enfermedades neurológicas (esquizofrenia, enfermedades neurodegenerativas) Diagnóstico • Modificaciones del pH de fluídos biológicos (orina y sangre) reflejo de una patología. • Detección de microorganismos (bacterias y virus) mediante ensayos enzimáticos, moleculares (proteínas y AN) e inmunológicos (anticuerpos) • Prevención y diagnóstico de malformaciones congénitas por análisis de células fetales. • Detección de marcadores de células tumorales.

6. Métodos de estudio en Bioquímica Utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica. 1° In vitro -> se integran s/células, órganos; y, por último, se desarrollan in vivo. Análisis: Cualitativo con técnicas de preparación y purificación y métodos de determinación de estructuras. Cuantitativo con técnicas de valoración y estudio del metabolismo en animales, a veces en el hombre o las que intentan reconstituir in vitro los fenómenos que se producen in vivo.

7. Técnicas más utilizadas en lainvestigación Bioquímica • Técnicas de separación: electroforesis, cromatografía. • Técnicas analíticas: espectrometría, fluorimetría, difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear (RMN), dicroísmo circular.

8. Centrifugación diferencial. Centrifugación en gradiente de sucrosa. Tejido Homogen. Pellet: Céls,Núcleos, citoesq., membr. Pellet: Mitoc., lisosomas, peroxisomas Sobrenadante: Proteínas solubles. Pellet: Micros, fragm. RE, vesíc. Pellet: Ribosomas y Macromoléc.

9. Niveles de organización de la materia: desde átomos hasta órganos y sistemas. Sistema (aparato digestivo) Órgano (hígado) Tejido (Tejido hepático) Célula (hepatocito) Organización Jerárquica de Organismos Multicelulares Orgánulo (núcleo) Molécula (DNA) Átomo (carbono)

10. BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOS y BIOMOLÉCULAS

12. CLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOS En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70 elementos químicos, pero no todos, solo unos ±20-30 son indispensables y comunes a todos los seres.

13. Composición de los seres vivos • Solamente unos 30 elementos químicos de los 90 presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos • La mayoría tienen un número atómico bajo, por debajo de 34. • Los más abundantes son: H, O, C, N (estos 4 constituyen más del 99% de la masa celular), P, S, Na, K, Cl. • Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc. Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.

14. Átomos (O, H, N, C, S, P) Moléculas (O2, H2O, CO2, CH4, C6H12O6) Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDA

15. Biomoléculas inorgánicas: *El agua «Sin agua no hay vida» *Sólidos minerales: fosfato de calcio insolubles (formación de tejidos duros huesos y dientes) *Iones (disueltos en líquidos corporales y protoplasma celular) esenciales para funciones vitales

16. Biomoléculas Orgánicas • La mayoría son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). • Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y circulares. • Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales. • Las propiedades químicas vienen determinadas por los grupos funcionales.

17. Biomoléculas Orgánicas • Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas y ciclos. • • La mayoría de la biomoléculas son compuestos orgánicos (esqueleto carbonado). • Ej. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos • • Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales. • • Los grupos funcionales determinan las propiedades químicas. • Hidroxilo • Carbonilo • Carboxilo • Amino • Sulfhidrilo • Fosfato

18. Niveles de complejidad de las biomoléculas orgánicas • Moléculas sencillas: metabolitos y unidades estructurales (glucosa, piruvato, ácidos grasos). • Macromoléculas: ácidos nucleicos, lípidos, proteínas, polisacáridos

19. Biomoléculas Las biomoléculas son las que naturalmente se encuentran en los sistemas biológicos donde cumplen funciones específicas. Entre ellas: • H2O • Proteínas • Lípidos • Glúcidos • Nucleótidos y ácidos nucleicos. • Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos orgánicos. • Gases como CO2 y O2.

22. Jerarquía en la Estructura Celular

23. Célula procariota Célula eucariota animal Célula eucariota vegetal

24. Comparación:Diferencias entre células procariotas y eucariotas

25. H2O • Estructura del agua (arquitectura molecular) - Posibilita las interacciones débiles • Propiedades físicoquímicas • Acción disolvente • Elevada fuerza de cohesión • Elevada fuerza de adhesión • Gran calor específico • Elevado calor de vaporización • Punto de fusión, ebullición • Constante dieléctrica • Funciones biológicas • Ionización del agua • Disociación del agua • Producto iónico del agua • Concepto de pH • Sistemas tampón • Ósmosis y fenómenos osmóticos • Las sales minerales

26. u.m.a. = 161s2 2s2 2p4 Hibridación sp3 del oxígeno – Estructura tetraédrica – Geometría no lineal (angular) • Distinta electronegatividad de O e H = Molécula polar por la distribución asimétrica de los electrones de enlace – Carga parcial + (d+) cerca de los H y – (d-) cerca del O – Capacidad de formar enlaces de hidrógeno

27. La estructura del agua en estado sólido (hielo) es un ejemplo del efecto acumulativo de muchos enlaces de hidrógeno. • El agua sólida da lugar a una red estructural regular que corresponde al estado cristalino. Forma estructuras geométricas de 24 lados (eicosatetraedro). • Debido a la estructura abierta, el agua es una de las muy pocas sustancias que se expande en el congelamiento (menor densidad que el agua líquida).

28. Interacciones débiles en solución acuosa: El enlace de hidrógeno -Son enlaces más débiles que los covalentes -El enorme número de puentes hidrógeno en el agua le confieren al estado líquido una enorme cohesión -Dado que las moléculas se encuentran en constante movimiento, los enlaces de hidrógeno se forman y se rompen permanentemente.

29. Disolución de sustancias • Sustancias iónicas y polares (moléculas orgánicas pequeñas con uno o más átomos electronegativos ej. alcohol, aminas, ácidos. La atracción entre los dipolos de esas moléculas y el dipolo del agua hacen que tiendan a disolverse. Se clasifican como hidrofílicas. *El agua disuelve bien a las sustancias polares e iónicas. *En las moléculas biológicas abundan grupos polares e iónicos (OH, SH, COO-, NH3+, PO4-) que facilitan su disolución.

31. Interacciones electrostáticasEl agua disuelve muchas sales cristalinas al hidratar sus componentes. El ClNa en estado cristalino de disuelve en agua, separando sus iones Cl- y Na+, dando lugar a iones hidratados.

32. Interacciones no polares

34. Insolubilidad de sustancias apolares: efecto hidrofóbico

35. Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración

36. b)Elevada fuerza de adhesión. Los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. c) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible.

37. * Elevada constante dieléctrica.Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.* Punto de ebulliciónTemperatura en que el agua pura cambia al estado de vapor, es de 100º C a nivel del mar.*Punto de fusiónTemperatura en que el agua cambia del estado sólido a líquido. Es de 0º C y puede disminuir en presencia de solutos electrostáticos.

38. Propiedades biológicas • Disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares. Incluso moléculas biológicas no solubles (ej. lípidos) como dispersiones coloidales • Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación-reducción • Permite la difusión (principal transporte de muchas sustancias nutritivas). • Termorregulador, permitiendo la vida en una amplia variedad de ambientes térmicos • Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura celular.

39. Funciones del agua Relacionadas con las propiedades • Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas • Amortiguador térmico • Transporte de sustancias • Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos • Favorece la circulación y turgencia • Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos • Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

40. Disociación del agua

41. Disociación del agua. Producto iónico del agua protones hidratados (H3O+ ) agua molecular (H2O ) iones hidroxilo (OH-) Se puede considerar una mezcla de: 2H2O H3O+ OH- En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25ºC es :

42. Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. 2 H2O H3O+ + OH- Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

43. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA (*) Y COMPLEMENTARIA • (*)BERG JM TYMOCZKO JL & STRYER L. BIOCHEMISTRY. Fifth Edition, 2002. W.H. • (*)BLANCO, A.: Química Biológica, 7ma. ed., El Ateneo, Buenos Aires, 2000. • (*)BOREL, J.P.; RANDOUX, A.; MAQUART, F.X.; LE PEUCH, C. & VALEIRE, J.: Bioquímica Dinámica, 1ra. ed. en español, Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 1989. • (*)CAMPBELL, NA & REECE, JB. Biología. 7ª ed., Ed. Médica Panamericana, University of California, Riverside, Berkeley, California, 2007. http://www.medicapanamericana.com/campbell/ • (*)CURTIS H y BARNES N S. Autores de la actualización de la 6º ed.: CURTIS, H; BARNES, NS; SCHNEK, A; FLORES, G. Biología. 7º. Ed., Panamericana, Buenos Aires, 2007. http://www.curtisbiologia.com/ • (*)HERRERA, E.: Elementos de Bioquímica, 1ra. ed. en español, Interamericana, México, 1993. • (*)LEHNINGER, A., NELSON, D.L. y COX, M.M. "PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA", editorial Omega, 3ª Edición, 2002. • (*)McGILVERY, R.W. & GOLDSTEIN, G.W.: Bioquímica - Aplicaciones Clínicas, 3ra. ed. en inglés y 2da. En español, Nueva Editorial Interamericana, México, 1986. • (*)MURRAY, R; GRANNER, D; MAYES, P & RODWEL, V: Bioquímica de Harper, 15ta. ed., El Manual Moderno, México, 2000. • (*)ROSKOSKI, R. Bioquímica. McGrow-Hill. 2000. • (*)VOET, D. y VOET, J. G. "BIOQUIMICA", 3º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2006. www.medicapanamericana.com • (*)VOET, D; VOET, JG & PRATT, ChW. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2007. www.medicapanamericana.com • BRESCIA, F.; ARENTS, J.; MEISLICH, H. & TURK, A.: Fundamentos de Química, 3ra. ed., Compañía Editorial Continental, México, 1980. • CHURCH,  D.C.: Fisiología digestiva y  nutrición  de  los rumiantes, Vol. 1, 2 y 3, Acribia, Zaragoza, España, 1983. • CONN, E.E. & STUMPF, P.K.: Bioquímica fundamental, 3ra. ed., Limusa, México 1977. • DE ROBERTIS, NOWINSKI, SAEZ. Biología Celular. 12da. Ed. Bs. As., El Ateneo, 1998. • DEVLIN T. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. 2 Tomos. 3ª Edición. Editorial Reverté 1999, 2000. • HENRY, J.B.: Todd-Sanford-Davidsohn Diagnóstico y Tratamiento Clínicos por el Laboratorio, Tomos I y II, 8va. ed., Promotora Editorial, México, 1991. • KOLB, GURTHER, KETZ, SCHRODER, Y SEIDEL. Fisiología Veterinaria. 2a. ed. española. Zaragoza, Acribia, 1976. • LEHNINGER, Albert. Bioquímica. 3a. ed. Barcelona, Omega, 1979. • LINDQUIST R. Bioquímica, problemas. Interamericana Mc Graw- Hill (1991). • MAIDANA, Sergio. Bioquímica de la digestión ruminal. 1a. ed. Resistencia, Moro, 1982. • MATHEWS C., VAN HOLDE K., AHERN K G. Bioquímica. 3º Edición. Addison Wesley, 2002. • MAYNARD. Nutrición animal. 7ma. Ed, 1981. • MONTGOMERY. Bioquímica, casos y texto, 6ta. Ed, 1998. • MONTGOMERY; DRYER; CONWAY & SPECTOR: Bioquímica Médica, 1ra. ed. en español, Salvat Editores, Barcelona, España, 1984. • NIEMEYER, H.: Bioquímica, 2da.ed., Intermédica, Buenos Aires, 1974. • RAWN J. D. Tomos I y II.. –Bioquímica-1ra. Edición. Ed. Interamericana - McGraw-Hill. 1989. • STRYER L.. Bioquímica. Ed. Reverté, 1995. • VILLEE S. Biología. 4ta. ed , 1998. • W.H. Freeman, New York. EN: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=stryer.TOC&depth=10