introduccion a la bioquimica

Introducción a la Bioquímica

Bioquímica

• Ciencia que estudia la base química de la vida.

• Ciencia de los constituyentes químicos de las células vivas, y de las Rx y los procesos que experimentan.

• Ciencia que tiene por objetivo describir y explicar, en términos moleculares, todos los procesos químicos de la célula.

Bioquímica y otras ciencias

Bioquímica

Genética

Fisiología

Inmunología

Farmacología

Toxicología

Patología

Microbiología

Bioquímica y Medicina

• Que es Salud?

• Según la OMS se define como: “el estado de bienestar físico, mental y social completo, y no tan solo la ausencia de enfermedad”.

• Desde el punto de vista Bioquímico se define como: “aquella situación en la cual las miles de Rxs intra y extracelulares que ocurren en el cuerpo proceden a índices acordes con la supervivencia max. del organismo en el estado fisiológico”.

En Conclusión …

Bioquímica del Agua

El Agua en el Organismo

• Principal e imprescindible componente del cuerpo humano (75% al nacer – 60% adultos).

• Aprox. el 60 % de esta agua es intracelular, el resto es agua extracelular que circula en la sangre y baña los tejidos.

• En las Rx de combustión de los nutrientes que se dan en el interior de las células para obtener E se producen pequeñas cantidades de agua (0.3 L en humanos), a esta se le llama Agua Metabólica.

Balance Hídrico

La Molécula de Agua• La molécula de agua está formada por

dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes.

• El agua es un excelente nucleófilo.

• El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

• Presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar.

Puentes de Hidrogeno

• Un enlace de hidrógeno es la fuerza atractiva entre un átomo electronegativo y un átomo de H unido covalentemente a otro átomo electronegativo.

• Resulta de la formación de una fuerza dipolo-dipolo con un átomo de hidrógeno unido a un átomo de O, N o F.

• Este tipo de enlaces es débil.

El Agua y Estructura de Biomoléculas

• Los enlaces Covalentes y No Covalentes estabilizan moléculas biológicas.

• Las biomoléculas se pliegan para colocar a grupos polares y cargados sobre sus superficies.

• Interacciones hidrofóbicas.

• Interacciones electrostáticas.

• Fuerzas de Van der Waals.

Funciones Fisiológicas del Agua

• En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las Rx que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa.

• Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada

• Es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel.


• Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células.

• El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos.

• Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.


• Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones (H3O+) o hidroxilos (OH -) al medio.


Potencial de Hidrogeno

pH

Potencial de Hidrogeno (pH)

• Es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución.

• El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias.

• Matemáticamente se define como:

pH = - log 10 [H+]

Escala de pH

Ácidos y Bases• Un acido es una sustancia capaz de donar protones (H+),

mientras que una base es una sustancia capaz de aceptar protones.

• La fuerza de un acido y una base radican en el grado de disociación y no en su concentración.

• La gran mayoría de sustancias bioquímicas son ácidos débiles: grupos carboxilo, amino y esteres de fosfato.

• El conocimiento de la disociación de ácidos y bases débiles es de vital importancia para el entendimiento de la influencia del pH intracelular sobre la estructura y actividad biológica.

Sistemas Amortiguadores• Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución

reguladora es la mezcla de un ácido débil y su sal.

• Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una solución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes.

• Este hecho es de vital importancia para la vida ya que solamente un leve cambio en la concentración de H+ en la célula puede producir un paro en la actividad de las enzimas.

• Principales amortiguadores celulares: bicarbonato, fosfatos y proteínas.

Equilibrio Acido-Base

Equilibrio Acido-Base• La vida humana se desenvuelve entre límites muy estrechos

de pH: 7,35 y 7,45.

• Acidemia se define como una disminución en el pH sanguíneo y Alcalemia como una elevación en el pH sanguíneo.

• Los cambios en el pH pueden ser inducidos en las concentraciones plasmáticas de la pCO2 o del bicarbonato.

• Las alteraciones primarias de la pCO2 se denominan acidosis o alcalosis respiratoria. Cuando lo primario son los cambios en la concentración de HCO3

- se denominan acidosis o alcalosis metabólica.

Concentración de H+

• La concentración de hidrogeniones (H+) en los líquidos del organismo es una de las variables biológicas más estrechamente controladas. Esto se debe a que la producción de estos iones por el metabolismo es cuantiosa, a la par que cambios relativamente pequeños en su concentración pueden producir trastornos graves en múltiples órganos y enzimas:

• pH ≤ 7.2: depresión del SNC, disminución de la contractilidad cardíaca, hiperkalemia, arritmias, etc.

• pH ≤ 6,9: es incompatible con la vida.

• pH sobre 7,55 causa serios trastornos y sobre 7,8 lleva a la muerte.

Concentración de H+

• La concentración de H+ libres en la sangre se puede expresar en diferentes formas y varía habitualmente entre 44 y 36 millones de hidrogeniones por litro. (pH = 7.36 – 7.44)

• En condiciones normales existe una continua producción y eliminación de ácidos y bases, que está balanceada de tal manera que se mantiene un equilibrio y el pH en sangre permanece casi constante.

Producción de ácidos por el organismo

Ácidos FijosÁcidos Volátiles

ácido carbónico, formado por la hidratación del CO2 producido en el metabolismo de hidratos de carbono y grasas (13.000 mEq diarios).

ácido láctico generado en condiciones normales principalmente por los músculos y el hígado (1.000 mEq diarios.

El metabolismo de proteínas y aminoácidos genera ácidos fosfórico, clorhídrico y sulfúrico, que no se pueden eliminar por la ventilación l pulmonar, pero sí por los riñones. En condiciones patológicas, tales como diabetes y ayuno, se pueden producir grandes cantidades de ketoácidos.

Mantenimiento del pH fisiológico

Soluciones Tampón Aparato Respiratorio

Sistema Renal

Soluciones Tampón

• Uno de los tampones más importantes del organismo es la mezcla de ácido carbónico y bicarbonato de sodio.

• Supongamos que agregamos un ácido fuerte, por ejemplo HCl, a esta solución tampón:

Proteínas, fosfatos, hemoglobina …

Rol del Aparato Respiratorio

• Su estimulación por un aumento de la concentración de H+, como ocurre por la producción de ácido láctico en el ejercicio, determina un incremento de la ventilación que elimina una mayor cantidad de CO2, lo que tiende a mantener constante el pH.

• A la inversa, una caída de la concentración de H+ deja de estimular la ventilación.

• Lo valioso de este mecanismo en su rapidez , pero es limitado porque la ventilación tiene también otras exigencias que cumplir.

Rol del Riñón

Es capaz de regular la cantidad de bicarbonato urinario, ya que puede excretar los excesos de este ion o reabsorber el bicarbonato filtrado.

Es capaz de excretar hidrogeniones en la forma de H3PO4 o de NH4+. Durante este proceso se genera nuevo bicarbonato, lo que hace posible el reemplazo de aquel que se consumió al tamponar los ácidos fijos.

Rol del Riñón

• La acidemia tiende a aumentar la excreción urinaria de hidrogeniones y la retención de bicarbonato, mientras que la alcalemia tiene los efectos contrarios.

• Estas funciones compensatorias son lentas, ya que demoran entre 12 y 72 horas en alcanzar su máxima eficiencia.

• Por lo tanto, el riñón participa en la mantención del equilibrio ácido-básico a largo plazo.

Evaluación del Equilibrio acido-basico

La relación entre bicarbonato y ácido carbónico refleja el comportamiento del sistema tampón del organismo. Dado que la concentración de H2CO3 es difícil de medir y es igual a la PaCO2 multiplicada por 0,03, que es el coeficiente de solubilidad de CO2, la formula se puede rescribir::

Henderson-Hasselbach


• Además de su importancia fisiológica, el tampón H2CO3 - NaHCO3 tiene la ventaja que se puede evaluar fácilmente midiendo el pH y la PaCO2, para lo cual existen electrodos eficientes. Introduciendo estos datos en la ecuación de Henderson-Hasselbach. es posible calcular la concentración de HCO3- .


Usualmente se mide el pH y la PaCO2 y se calcula el HCO3, con lo que se tiene una imagen completa del estado de este sistema tampón y, como todos los tampones funcionan paralelamente, se puede evaluar el estado ácido-básico total del organismo.

En condiciones normales los valores numéricos de la ecuación son los siguientes:

Resumen …• Dado que el pK del ácido carbónico, tiene siempre el mismo valor de 6,1, se

deduce que el pH será de 7,4 siempre que la relación bicarbonato/ácido carbónico sea de 20, de manera que su logaritmo sea 1,3.

• Cuando fisiológica o patológicamente se altera la proporción por modificación de uno de sus componentes, la compensación consistirá en la modificación del otro componente, con lo que la relación se mantiene lo más cercana a 20 que es posible.

• Cuando se altera primariamente el HCO3- el aparato respiratorio cambia la PaCO2 a través de la modificación de la ventilación. Este mecanismo es de gran rapidez, pero tiene como limitaciones que no se puede aumentar la ventilación indefinidamente para eliminar CO2, por el riesgo de fatiga muscular respiratoria.

• Las alteraciones primarias de la PaCO2 son compensadas por cambios en el bicarbonato mediados por la redistribución de este ión y por la regulación de su eliminación por el riñón., proceso que demora horas a días

Algunos datos importantes …

Estrategia• Concentración plasmática de H+. Valores normales: 7,35 -7,45. Indica

la gravedad del trastorno.

• La pCO2 arterial . Valores normales : 35-45 mmHg. Se consideran valores críticos: menos de 20 y más de 70 mmHg. Indica la respuesta respiratoria.

• La concentración plasmática de HCO3- total. Valores normales de HCO3

- : 21-29 mEq/l. Se consideran valores críticos menos de 10 y más de 40 mEq/l. Indica el estado de los sistemas tampón.

• El anión Gap (intervalo ó brecha aniónica). Diferencia entre las principales cargas positivas y negativas del plasma. Valores normales : 12 +/- 5mEq/l. Orienta el diagnóstico diferencial.

También es Importante …

• Valores normales de PO2 en sangre: Arterial: 95- 100 mmHg Capilar: 95- 100 mmHg Venosa: 28- 40 mmHg

• Una disminución de la P02 por debajo de 95 mmHg se conoce como hipoxemia; por debajo de 80 ya se considera moderada y menor de 60, severa o grave.

• PaO2 (entre 60-90 años) = (140 - edad en años) mmHg.

También es Importante …

• Valores normales Hb02 en sangre:

Arterial: 97 % — 100 % Capilar: 97 % — 100 % Venosa: 62 % --- 84 %

• Cuando los valores de la Hb02 están por debajo de 97 % se dice que existe hipo saturación de la hemoglobina, que será moderada si está por debajo de 85 % y severa cuando es menor de 75 %.

INVESTIGAR …

Mecanismos de compensación acido-base

•Tamponamiento físico-químico plasmático•Ajustes ventilatorios•Cambios en la acidificación renal

Aminoácidos y

Péptidos

Aminoácidos (AA)• Todos los AA componentes de las

proteínas son α-AA. Por lo tanto, están formados por un Cα unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrógeno y a un radical de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes AA.

• Existen cientos de radicales por lo que se conocen cientos de AA diferentes, pero sólo 20 forman parte de las proteínas y tienen codones específicos en el código genético.

Como se clasifican los AA ???

Aminoácidos Codificables

Clasificación de AA• Con R → Alifático:

Glicina Alanina Valina

Leucina Isoleucina

Clasificación de AA

• Con R → Grupo Hidroxilo:

Serina Treonina


• Con R → Átomos de Azufre:

Cisteína Metionina


• Con R → Grupos Acídicos o sus Amidas:

Ácido Aspártico

Asparagina

Ácido Glutámico

Glutamina


• Con R → Grupos Basicos:

ArgininaHistidina

Lisina


• Con R → Grupos Aromáticos:

Fenilalanina

Tirosina

Triptófano


• Iminoácido:

Prolina

Carga Eléctrica de los AA

• Los AA pueden tener carga neta positiva, negativa o neutra.

• A pH fisiológico (7.4) los AA se encuentran en forma de Zwitteriones.

• En el punto isoelectrico un AA no porta carga neta.

Péptidos

• Los péptidos son un tipo de moléculas formadas por la unión de varios AA mediante enlaces peptídicos.

• Oligopéptido: menos de 10 AA.

• Polipéptido: más de 10 AA.

• Proteína: más de 20 AA.

Enlace Péptidico

Determinación de la Estructura

Primaria de una Proteína

Proteínas: Ordenes de Estructura Superior

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Proteínas Simples oHoloproteínas

Albúminas

Histonas

Protaminas

Globulinas

Proteínas Conjugadas o Heteroproteínas

Nucleoproteínas

Glicoproteínas

Lipoproteínas

Metaloproteínas

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL

Globulares Fibrosas

Hemoglobina Colágeno

Ordenes de la Estructura de Proteínas

• Estructura Primaria: determinada por la secuencia de AA en una cadena polipeptídica.

• Estructura Secundaria: plegado de segmentos de polpeptídos cortos y contiguos.

• Estructura terciaria: montaje de unidades estructurales secundarias hacia unidades funcionales de mayor tamaño (polipeptido maduro y dominios).

• Estructura Cuaternaria: unión de proteínas oligoméricas y su disposición espacial.

Estructura Primaria

NH2H

Estructura Secundaria• Hélices α:

• Hojas β:

Estructura Secundaria

• Asas y FlexionesLa mitad de los residuos en una proteína globular típica

reside en hélices α y hojas β, y la otra mitad en asas, giros y flexiones.

Son segmentos cortos de AA que unen dos unidades de estructura secundaria.

Estructura Secundaria

Estructura Terciaria

• Toda la conformación tridimensional de un polipéptido.

• Indica, en espacio tridimensional, de que modo las características estructurales secundarias se montan para formar dominios.

• Dominio: sección de la proteína suficiente para desempeñar una tarea química o física particular.

Interacciones en la Estructura Tercearia

Estructura Cuaternaria

• Define la composición polipeptídica de una proteína y, para una oligomérica, las relaciones espaciales entre sus protómeros o subunidades.

GRACIAS

introduccion a la bioquimica

Documents