Rodrigo Sandoval, Ph.D.

Procesos Biológicos I

Carrera de Medicina

Facultad de Medicina

Lehninger Principles of Biochemistry

Devlin, Biochemistry

Objetivos de la Clase

Conocer qué es la Bioquímica y sus principios.

Conocer los componentes de una célula y los principales tipos de biomoléculas.

Comprender como se relaciona el papel de la organización celular y los diferentes tipos de reacciones involucradas en la mantención del alto grado de orden interno.

Que es la Bioquímica

Bioquímica es la aplicación de la química al estudio de los procesos biológicos a nivel celular y molecular.

Emerge comouna disciplina distinta a principios del siglo 20 cuando los científicos combinaron la química, fisiología y biología para investigar la química de los sistemas vivos por:

A. El estudio de la estructura y el comportamiento de moléculas complejas encontradas en muestras biológicas y

B. La forma en que esas moléculas interactúan para formar células, tejidos y organismos completos

Principios de Bioquímica

Dos avances notables en la historia de la bioquimica

(1) Descubrimiento del papel de las enzimas como catalizadores

(2) Identificación de los ácidos nucléicos como moléculas de información

Flujo de información: desde los ácidos nucléicos hasta las proteínas

DNA RNA Protein

Células Ladrillos básicos para la vida

La unidad viva más pequeña de un organismo

Crecen, se reproducen, usan energía, se adaptan, responden a su ambiente

La mayoría son invisibles al ojo humano

Una célula puede ser un organismo completo o millones de ellas pueden generar un organismo

Tipos de células básicas

Células pueden ser procarióticas o eucarióticas

Procariontes incluyen bacterias y no poseen núcleos o estructuras membranosas denominadas organelos

Eucariontes incluyen la mayoría de las células y tienen un núcleo definido y organelos formados por membranas (pantas, hongos y animales)

Dos tipos Principales de Células Eucariontes

Bio-membranas y Organelos caracterísiticos

MitocondriaRodeada por una membrana doble con una serie de pliegues llamada cresta. Funciona como productor de energía a través de procesos metabólicos. Contiene su propio DNA, y se cree que se originó como una bacteria capturada.

Membrana PlasmáticaEs un complejo Lipídico/protéico/Carrbohidrato, que provee de una barrera y contiene sistemas de transporte y señalización. NúcleoMembrana doble que rodea los cromosomas y el nucleólo. La comunicación específica con la membrana plasmática es debido a poros. El nucleólo es el sitio de síntesis de RNA presente en los ribosomas

Cloroplastos (plastidios)Rodeados por una doble membrana, contienen membrana llamadas tilacoides. Responsables de la fotosíntesis, el atrapamiento de energía para la síntesis de azúcares. Contiene DNA y, al igual que las mitocondrias, se cree que se originó por captura de una bacteria.

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Retículo endoplasmático Rugoso (RER)Es una red de membranas interconectadas formando canales dentro de la célula. Cubierta por ribosomas (causantes de la apariencia rugosa) los cuales se encuentran sintetizando proteínas para su secreción o localización en las membranas.RibosomasComplejos entre proteínas y RNA responsables de la síntesis proteica

Retículo endoplasmático liso (REL) Es una red de membranas interconectadas formando canales dentro de la célula. Usado para la síntesis y metabolismo de lípidos. También contiene enzimas encargadas de detoxificar la célula de químicos como drogas y pesticidas. Aparato de GolgiUna serie de membranas apiladas. Vesículas (pequeña bolsas rodeadas de membrana), transportan los componentes que salen del RER hacia el Golgi. Estas vesículas se mueven entre las cisternas mientras las proteínas son “procesadas” hacia su forma madura. Las vesículas transportan membranas y proteínas recién formadas secretadas hacia sus destinos, incluyendo secreción o localización celular

LisosomasUn organelo rodeados por membranas que es responsible de la degradación de proteínas y membranas en la célula, ayudando también a degradar materiales ingeridos por la célula.

VacuolasBolsas rodeadas de membranas que contienen agua y materiales almacenados en plantas.

Peroxisomas o microcuerposProducen y degradan peróxido de hidrógeno, un compuesto tóxico que puede ser producido durante el metabolismo.

Citoplasmaencerrada por la membrana plasmática, la porción líquida se denomina citosol y contiene los organelos membranosos

CitoesqueletoArreglo de fliamentos proteicos en el citosol. Da a la célula su forma y provee las bases para su movimiento.Ej. Microtúbulos y microfilamentos.

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Biomoléculas

Principales clases de Biomoléculas pequeñas

1. Amino ácidos:

• Unidades estructurales de las proteínas.

• 20 comunmente usados.

• Contienen grupos amion y carboxilo

• Grupo R (Cadena lateral o sustituyente) determina las propiedades químicas de cada aa.

• También determina el plegamiento de las proteínas y su función biológica.

• Los aa individuales están conectados en las proteínas a través de el enlace peptídico.

• Funciones como proteínas

transportadoras, estructurales, enzimas, anticuerpos, receptores celulares.

Azúcares

Carbohidratos: Moléculas orgánicas más abundantes encontradas en la naturaleza.

Inicialmente sintetizadas en plantas por una compleja serie de reacciones químicas denominada fotosíntesis.

Monosacáridos son las unidades básicas.

Monosacáridos pueden formar moléculas más largas, p.ej. Glicógeno, almidón o celulosa.

Funciones Alamcenar energía en forma de almidón o glicógeno.

Proveen energía a través vías metabólicas y ciclos.

Proveen carbono para la síntesis de otros compuestos.

Forman componentes estructurales en células y tejidos.

Comunicación Intercelular

Acidos Grasos

Son ácidos monocarboxílicos. Conteinen un número par de de número de átomos de C

Dos tipos: saturados e insaturados

Ácidos grasos son componentes de muchas moléculas lipídicas.

Ej de lípidos son triacilglicerol, esteroides (colesterol, homonas sexulaes), algunas vitaminas.

Funciones Almacenamiento de energía en la forma de grasas Estructuras membranosas Aislamiento (manta térmica) Síntesis de hormonas

Reacciones Bioquímicas

Metabolismo: Suma total de reacciones químicas presentes en un organismo vivo (altamente coordinada)

a. Anabolismo- vías biosintéticas que requieren energíab. Catabolismo- degradación de moléculas combustibles y la

producción de energía para la función celular

Todas las reacciones requieren enzimas

Las funciones principales del metabolismo son: a. Adquisición y utilización de energía b. Síntesis de moléculas necesarias para la estructura celular

y fincionamiento (ej proteínas, ácidos nucléicos, lípidos e H de

C c. Remoción de los productos de desecho

Pensar en miles de reacciones suenen muy grandes y complejas en una célula pequeña:

Los tipos de racciones son pequeñas

Los mecanismos o reacciones bioquímicas son simples

Reacciones de importancia central (para producción de energía y síntesis y degradación de componentes celulares principales) son relativamente pocas en número

Reacciones Frecuentes encontradas en procesos bioquímicos

1. Sustitución Nucleofílica Un átomo de un grupo sustituído por otro

2. Reacciones de Eliminación Doble enlace se forma cuando los átomos en una mol´cula

son removidos

3. Reacciones de Adición: Dos moléculas se combinan para formar un producto

único. A. Reacciones de hidratación Agua adicionada a un alqueno > alcohol

4. Reacciones de Isomerización. Involucran cambios intramoleculares de átomos

o grupos

5. Reacciones de Óxido-Reducción Ocurren cuando hay una transferencia de e-

desde un donador a un aceptor

6. Reacciones de hidrólisis Corte de dobles enlaces por agua.

Energía Celular

Células vivas son iherentemente inestables.

Un flujo constante de energía previene su desorganización.

Las células obtienen energía por la oxidación de biomoléculas (e- transferido desde una molécula a otra perdiendo energía)

Esta energía es capturada por células y usada para mantener una estructura celular altamente organizada y sus funciones

Flujo de Energía

Cómo la compleja estructura de la célula puede mantener un orden interno?

1. Síntesis de Biomoleculas

2. Trensporte a través de Memebranas- Membranas celulares regulan el paso de iones y moléculas

desde un compartimento a otro.

3. Movimiento celular- Movimiento organizado- característica más obvia de las céllas

vivas. Las intrincadas y coordinadas actividades requeridas para mantener la vida requieren el movimiento de componentes celulares.

4. Remoción de Desechos- Células animales convierten las moléculas necesarias para

sobrevivir en CO2, H2O, NH3. Si estas moléculas no se eliminan apropiadamente pueden ser tóxicas.