1. Fundamentos de la Bioquímica y Biología Molecular - Alumnos

Fundamentos de la Bioquímica y Biología Molecular

Elaborado por: Márquez SalinaS aLEJANDRO

Organización de la clase

Objetivos de la clase

Fundamentos celulares

• ¿Qué aprenderé durante la clase?

• Clasificación de los organismos en dominios
• Composición estructural y funcional
• Clasificación de organismos según fuentes de energía y precursores biosintéticos

Introducción a la bioquímica

• Definición de bioquímica
• Objetivos de estudio de la bioquímica
• Características de los sistemas vivos

Fundamentos físicos

• Estado estacionario dinámico
• Transformación de materia y energía
• Enzimas como facilitadoras de reacciones químicas secuenciadas

Fundamentos químicos

• Composición química de los organismos vivos
• Tabla periódica de los elementos
• Enlaces e interacciones químicas
• Química orgánica

Fundamentos genéticos

• Estructura general del DNA
• Del DNA a proteínas estructurales

Objetivos de la clase

Conocer qué estudia la bioquímica y su aplicación en el área médica

Reconocer y comprender los fundamentos químicos, celulares, físicos y genéticos de la bioquímica

• Fundamentos químicos: identificar elementos y oligelementos esenciales en sistemas vivos, repasar organización y características de la tabla periódica
• Fundamentos celulares: reconocer la clasificación de los sistemas vivos y las diferencias que existen entre estos.
• Fundamentos físicos: distinguir la diferencia entre estado estacionario y equilibrio, leyes de la termodinámica y clasificación de las rutas metabólicas
• Fundamentos genéticos: recordar características y propiedades principales de los ácidos nucleicos

Introducción a la Bioquímica

Es una rama de la ciencia que estudia las bases moleculares y los procesos químicos que ocurren en los sistemas vivos

¿Qué es la bioquímica?

O B J E T I V O S

Mostrar como las moléculas que constituyen los sistemas vivos interaccionan para mantener y perpetuar la vida

Comprender mecanismos de extracción, almacenamiento y canalización de la energía

Explicar en términos químicos las estructuras y funciones biológicas tan diversas

What is Biochemistry? - Biochemical Society https://www.biochemistry.org/education/careers/becoming-a-bioscientist/what-is-biochemistry/

Características de sistemas vivos

¿Cómo distinguimos a los sistemas vivos?

Alto grado de complejidad química y organización microscópica

Conformadas por una gran diversidad de moléculas, cada una de ellas con una secuencia y estructura tridimencional única

Sistemas de extracción, transformación y uso de energía

Permiten a las células la síntesis de sus estructuras, realizar trabajo mecánico, químico, osmótico y eléctrico

Capacidad de autorreplicarse y autoensamblarse de manera precisa

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Características de sistemas vivos

pH

Funciones definidas para cada componente + regulación mutua

Aplicado a distintos niveles, desde órganos del cuerpo humano hasta cambios en los componentes químicos. Cambios en uno, genera un cambio compensatorio en otro.

Mecanismos para detectar y responder a cambios ensu entorno

Existe una adaptación de los procesos químicos internos o de su localización dependiendo del ambiente que los rodea

Capacidad de cambiar progresivamente a lo largo del tiempo mediante evolución global

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Fundamentos químicos

Composición química de los organismos vivos

• Elementos y oligeoelementos en sistems vivos

Tabla periódica de los elementos

• Organización de la tabla periódica
• Propiedades periódicas de los elementos

Enlaces e interacciones químicas

• Enlaces iónicos, covalente y metálico
• Fuerzas intermoleculares

Química orgánica

• Grupos funcionales
• Estructuras tridimensionales
• Macromoléculas

Composición química - Organismos vivos

Composición principal a base de:

Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, P fosforo, S azufre

Todos ellos se encuentran en las macromoléculas que forman la estructura de los organismos vivos

Los cuatro elementos más abundantes son "CHON" que representan más del 99% de la masa de la mayoría de las células

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Composición química - Organismos vivos

Elementos Principales

Deben estar en la dieta diariamente en cantidades de gramos

Oligoelementos

Son necesarios en menores cantidades, son suficientes pocos miligramos al día. Aunque repretesentan una fracción minúsculas son esenciales para función de proteínas

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Tabla Periódica de los elementos

Tabla Periódica: agrupa a los elementos que tienen propiedades químicas y físicas semejantes

Compuesta por 7 periodos y 18 familias o grupos

Metales

Buen conductor de calor y de la electricidad

No metales

Malos conductores del calor y de la electricidad

Propiedades metálicas de derecha a izquierda en cualquier periodo

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Tabla Periódica de los elementos

Características periódicas de los elementos

Existen características de los elementos que se comportan de manera periódica como:

Energía de ionización

Afinidad electrónica

Carga nuclear efectiva

Radio atómico

Electronegatividad

• Capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico
• Se generan cargas parciales positivas y negativas
• El elemento más electronegativo es F

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Tipos de enlaces

Metal + No metal

E N L A C E S I Ó N I C O S

Unidos mediante fuerzas electrostáticas

Na

Cl

• Los metales van a tender a perder electrones, uno o más de uno
• Los no metales van a tender a ganar electrones

No Metal

Metal

Na+

Cl-

Fuerzas electrostáticas

• Hay una formación de redes iónicas cuando se encuentran en estado sólido
• Cuando entran en contacto con el agua (compuesto polar) separan estas redes

NaCl

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Tipos de enlaces

No Metal + No metal

E N L A C E S C O V A L E N T E S

Unidos porque comparten electrones

Enlaces covalentes polares

Enlaces covalentes no polares

• Existe una diferencia de electronegatividad importante entre los átomos que lo forman

• Los electrones se comparten de manera desigual generando cargas parciales positivas y negativas

• La diferencia de electronegatividad de los átomos que lo forman es cercana a cero
• Los electrones se comparten de manera equitativa entre ambos átomos

Diferencia de electronegatividad baja

Diferencia de electronegatividad = 0

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Tipos de enlaces

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Tipos de enlaces

Metal + Metal

E N L A C E S M E T Á L I C O S

Unidos por nube electrónica

• Característico de aquellos metales que tienen pocos electrones en su capa de valencia
• Ceden esos electrones - convirtiéndose en cationes - y forman una nube electrónica
• Se organizan en una forma de red metálica

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Fuerzas intermoleculares

Interacciones iónicas

Ocurren entre átomos o grupos cargados: cargas opuestas se atraen, cargas similares se repelen.

• Ej. las cadenas laterales de aminoácidos pueden estar cargadas y atraerse entre sí.

La fuerza entre estas interacciones es uniforme (no dirigida) alrededor de la carga.

Las fuerzas de repulsión juegan un rol importante en el plegamiento de proteínas, catálisis enzimática, reconocimiento de moléculas, etc.

https://www.biochemistry.org/education/careers/becoming-a-bioscientist/what-is-biochemistry/

McKee T, McKee BJ. Bioquímica. 7a Ed. España: McGraw Hill Interamericana editores; 2020.

Fuerzas intermoleculares

Fuerzas de Van der Waals

Interacciones electrostáticas débiles entre biomoléculas con dipolos que se aproximan entre sí.

Mientras más cerca se encuentren, mayor será la atracción, que llega a su máximo a una distancia llamada radio de Van der Waals.

Si se acercan más allá de esta distancia, las moléculas se repelen.

En conjunto las fuerzas de atracción y repulsión generan estructuras estables.

McKee T, McKee BJ. Bioquímica. 7a Ed. España: McGraw Hill Interamericana editores; 2020.

Química orgánica

Compuestos de carbono

• La química de los organismos vivos se organiza alrededor del carbono

• El carbono puede formar gran cantidad de enlaces:
• Enlaces simples -- C, H, O, N
• Enlaces dobles -- C, O, N
• Enlaces triples -- C

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Química orgánica

funcionales

Grupos

Arreglo de átomos que siempre reaccionan de una forma determinada, que confiere propiedades específicas y dan lugar a diferentes familias de compuestos orgánicos

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Química orgánica

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Química orgánica

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Química orgánica

Muchas moléculas son polifuncionales y contienen dos o más tipos de grupos funcionales

La personalidad química de cada compuesto viene dertemianda por sus grupos funcionales y su disposición en el espacio tridimensional

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Estructuras tridimensionales

Parte de la química que estudia la distribución de los átomos de una molécula en el espacio

Estereoquímica

Diagrama en perspectiva

Modelo de bolas y varillas

Modelo espacial lleno

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Estructuras tridimensionales

ISÓMEROS

Compuestos químicos que pueden tener la misma fórmula molecular pero con diferentes tipos de enlace y diferentes configuración especial

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Estructuras tridimensionales

Moléculas que contienen mismos enlaces químicos pero diferente configuración o distribución especial

Estereoisómeros

Una característica distintiva es que no pueden ser interconvertidos sin romper temporalmente uno o más enlaces covalentes. Son generados por la presencia de:

Enlaces dobles

Centros quirales

Alrededor de estos existe poca o nula libertad de rotación

Átomos de carbono con cuatro sustituyentes diferentes, es decir, asimétrico. Por cada carbono quiral hay 2n estereoisómeros

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Estructuras tridimensionales

Enantiómeros

• Son imagenes especulares, no superponibles entre sí, tienen reactividades químicas casi identicas.
• Se diferencían por su interacción con la luz polarizada

Ácido Maleico

Ácido fumárico

Diastereómeros

• NO son imagenes especulares, entre sí
• NO tienen reactividades químicas parecidas, el lugar de unión de uno, no lo será para el otro

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Estructuras tridimensionales

Conformación Molecular

Describe la disposición espacial de los grupos sustituyentes, que gracias a la libertad de rotación, tienen la libertad para adoptar posiciones diferentes en el espacio (OJO: diferente a configuración)

Estereoespecificidad

Propiedad de enzimas y otros tipos de proteínas que les permite distinguir entre estereoisómeros además de ser un rasgo característico de la logica molecular

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Macromoléculas

Oligómeros

polímeros más cortos

Las macromoléculas son polímeros de masa molecular superior a ~5000Da, constuídos a partir de precursores relativamente simples, los monómeros:

Glucosa

Fenilalanina

Glicerol + AG

Adenina

Lípidos

Monosacárido

Aminoácidos

Nuecleótidos

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Macromoléculas

P R O T E Í N A S

• ¿Qué són? - Polímeros de aminoácidos
• Funciones - elementos estructurales, receptores, transportadores o función catalítica

El proteoma es la suma de todas las proteínas en una célula, mientras que la proteómica caracteriza el proteoma en condiciones específicas

P O L I S A C Á R I D O S

• ¿Qué són? - Polímeros de monosacáridos
• Funciones - almacen de combustible, componentes estructurales, elementos de reconocimiento extracelular y como señalizadores celulares

El glicoma es el conjunto de moléculas con glúcidos en una célula, la glicómica caracteriza el glicoma en condiciones específicas

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Macromoléculas

L Í P I D O S

• ¿Qué són? - Derivados insolubles de hidrocarburos
• Funciones - Componentes de membrana, reserva de energía, señalización intracelular y pigmentos

El lipidoma está constituído con todas las moléculas que tienen lípidos, la lipidómica caracteriza el lipidoma en condiciones específicas

Á C I D O S N U C L E I C O S

• ¿Qué són? - Polímeros de nucleótiods (DNA, RNA)
• Funciones - almacen y transmiten información genética, algunos RNA son catalíticos y estructurales

El genoma es la secuencia completa de DNA en la célula, la genómica es la caracterización de la estructura comparativa, función, evoculución y mapeo de los genomas

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Complejos Supramoleculares

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BA C T ER I A

Fundamentos celulares

Clasificación de los organismos en dominios

• Bacteria, Arquea y Eucaria

Composición estructural y funcional

• Similitudes y diferencias estructurales y funcionales entre dominios
• Dimensiones celulares

EU C A R I A

Clasificación de organismos según su fuente de energía y precursores biosintéticos

• Enlaces iónicos, covalente y metálico
• Fueras intermoleculares

Clasificación de los organismos en Dominios

BACTERIA

• Unicelulares.
• Habitan: suelo, aguas superficiales y tejidos de otros organismos (vivos o en descomposición).

ARCHAEA

• Unicelulares.
• Habitan medios extremos (lagos salinos, fuentes termales, ciénagas acídicas, profundidades oceánicas).

EUKARYA

• Unicelulares o pluricelulares.
• Evolucionaron de un progenitor común de las Arqueas.

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Clasificación de los organismos en Dominios

Bacteria & Arquea

Pueden subdividirse según la necesidad de oxígeno en su hábitat

AERÓBICOS

ANAERÓBICOS

Requieren la presencia de oxígeno.

Obtienen energía transfiriendo electrones a compuestos como nitrato, sulfato o CO2.

Muchos obtienen energía por transferencia de electrones del combustible al oxígeno.

Se pueden dividir a su vez en:

• Facultativos: pueden vivir con o sin O2.
• Obligados: mueren con exposición al O2.

C. botulinum

M. tuberculosis

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Composición estructural y funcional

Independientemente del dominio, todas las células comparten ciertas características estructurales

MEMBRANA PLASMÁTICA

Define la periferia de la célula y separa su contenido del exterior.

Barrera fina, flexible, hidrofóbica y resistente.

Compuesta por

• Lípidos: flexibilidad para cambios en forma y tamaño.
• Proteínas:
• Transporte de moléculas.
• Acción enzimática.
• Transmisión de señales...

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Composición estructural y funcional

En bacterias:

Gram -: membrana externa e interna separadas por capa fina de peptidoglucano. La membrana externa contiene LPS.

Gram +: una sola membrana con una gran cantidad de peptidoglucano y glucoproteínas.

En arqueas:

Similar a la de las bacterias (membrana interna rodeada de capa externa con peptidoglucano/ glucoproteínas).

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Composición estructural y funcional

Disolución acuosa muy concentrada, contiene

CITOSOL

CITOPLASMA

• Enzimas.
• Moléculas de RNA.
• Aminoácidos.
• Nucleótidos.

• Metabolitos.
• Coenzimas.
• Múltiples iones (Na+, K+, Cl-, Mg2+, Ca2+)...

Volumen interno limitado por la membrana plasmática, está compuesto por:

PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN

Estructuras supramoleculares como ribosomas (síntesis de proteínas) y proteosomas (degradación de proteínas)

Orgánulos membranosos (solo en eucariontas) como las mitocondrias, peroxisomas, lisosomas, etc.

NÚCLEO / NUCLOIDE

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Composición estructural y funcional

Sitio donde el genoma se replica y se almacena junto con sus proteínas asociadas.

Nucleoide / Nucleo

NÚCLEO

NUCLEOIDE

En organismos sin membrana nuclear (células procariontes). Incluye a dominios Bacteria y Arquea.

Presente en organismos con membrana nuclear (células eucariontes).

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Composición estructural y funcional

ORGÁNULOS

Lugar donde ocurren la mayoría de reacciones de extracción de energía y síntesis de ATP. Contienen su propio material genético.

MITOCONDRIAS

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO + APARATO DE GOLGI

Esenciales para la síntesis y modificaciones de lípidos y proteínas de membrana

CITOESQUELETO

PEROXISOMAS

Oxidan ácidos grasos de cadena muy larga

Red tridimensional con distintos tipos de filamentos proteicos (microfilamentos, intermedios, microtúbulos) que organizan el citoplasma

LISOSOMAS

Tienen enzimas digestivas para degradar desechos celulares

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Dimensiones celulares

¿Qué es lo que determina el tamaño de una célula?

LÍMITE INFERIOR

• Marcado por el número mínimo de cada biomolécula indispensable para el funcionamiento de la célula.
• Las células + pequeñas (micoplasmas) tienen dm de ~300 nm.

LÍMITE SUPERIOR

• Marcado por la velocidad de difusión de las moléculas disueltas: relación (área de superficie) / (volumen).

• Mientras mayor sea el área de superficie, habrá mayor disponibilidad de moléculas necesarias para la supervivencia (ej. oxígeno).
• El volumen no puede ser mayor que el área de superficie porque no se produciría energía de forma eficiente.

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Fuentes de energía y precursores biosintéticos

FOTÓTROFOS

QUIMIÓTROFOS

Recolectan y utilizan la luz solar

Oxidan combustibles químicos.

Ambos pueden dividirse en

AUTÓTROFOS

Pueden sintetizar todas sus moléculas directamente a partir del CO2

HETERÓTROFOS

Requieren nutrientes orgánicos formados en otros organismos.

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Fundamentos físicos

Estado estacionario dinámico

Transformación de materia y energía

• Clasificación de los sistemas según su intercambio de materia y energía.
• Primera ley de la termodinámica

• Segunda ley de la termodinámica
• Energía libre de Gibbs
• Acoplamiento de reacciones químicas

Enzimas como facilitadoras de reacciones químicas secuenciadas

• Generalidades enzimáticas
• Rutas o vías metabólicas

Introducción - Fundamentos físicos

¿Para qué requerimos energía?

• Mantener reacciones sintéticas en funcionamiento
• Mantener concentración de moléculas relativamente constantes
• Para movimento celular
• Mantener almacentamiento y expresión de la información

Las células han desarollado mecanismos muy eficientes para acoplar la energía con muchos procesos que consumen energía

• La composición de sistemas vivos es muy distinta a la que se encuentra en el entorno.
• Las células capacidad de mantener su composición más o menos constante aún con cambios en el entorno

ESTADO ESTACIONARIO DINÁMICO

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Transformación de materia y energía

SISTEMA

Todo aquello que está incluido en una región definida en el espacio

Universo

Sistema + entorno que lo rodea

Según el intercambio de materia y energía del sistema con su entorno, los sistemas se pueden clasificar en:

Sistema abierto

Sistema cerrado

Sistema aislado

Intercambian materia y energía

No intercambian ni materia ni energía

No intercambian materia pero sí energía

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Transformación de materia y energía

¿Cómo se puede extraer energía?

Absorción de energía de la luz solar

Oxidación de combustibles químicos

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: En cualquier proceso químico o físico, la cantidad de energía total del universo permanece constante, aunque su forma varía

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Flujo de electrones para propocionar energía

Todas las reacciones que implican flujo de electrones son reacciones de óxido-reducción donde un reactivo se oxida (pierde electrones) y otro se reduce (gana electrones)

Fotoautótrofos

Utilizan de manera directa la energía de la luz solar para la descomposición del agua (que cede electrones, es decir, se oxida)

Quimiótrofos

Obtienen energía mediante la oxidación de productos producidos durante la fotosíntesis, es decir, usan de manera indirecta la energía de la luz solar. Transportan electrones hacia el oxígeno

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Entropía y Entalpía

¿Cuál de los siguientes escenarios requiere más energía de nuestra parte?

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: la entropía total del universo está en constante crecimiento

¿Qué mide la entropía (S)?

El grado de desorden de los componentes de un sistema

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Entropía y Entalpía

¿Cuál de los siguientes escenarios tiene mayor entropía?

Sistema 2

Sistema 1

Entropía(S)sistema 1 >> Entropía(S)sistema 2

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Entropía y Entalpía

Consideremos que los siguientes escenarios son el mismo sistema en diferente tiempo

Hoy, 7:00am

Hoy, 20:00 pm

Supongamos que SInicial = 1 y que SFinal = 9, entonces

Podemos calcular la variación en el grado de desorden

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Entropía y Entalpía

Consideremos el ejemplo contrario:

Hoy, 7:00am

Hoy, 20:00 pm

Supongamos que SInicial = 9 y que SFinal = 1, entonces

Podemos calcular la variación en el grado de desorden

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Entropía y Entalpía

¿QUÉ PODEMOS CONCLUIR?

• La entropía mide el grado de desorden de los componentes de un sistema químico.
• Podemos calcular el grado de variación de la entropía, es decir, el cambio en el grado de desorden del mismo sistema en diferentes tiempos

Entonces SFinal >> SInicial por lo tanto hay un aumento en la entropía

Entonces SFinal << SInicial por lo tanto hay una disminución en la entropía

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Entropía y Entalpía

¿Cuál de las siguientes estructuras tiene mayor cantidad de enlaces?

¿Qué mide la entalpía (H)?

Refleja el # de enlaces, tipo de enlaces e interraciones intermoleculares

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Entropía y Entalpía

¿Cuál de las siguientes estructuras tiene mayor entalpía?

Sistema 3

Sistema 1

Sistema 2

Entalpía(H)sistema 1 << Entalpía(H)sistema 2 << Entalpía(H)sistema 3

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Entropía y Entalpía

Tiempo inicial

Tiempo final

Consideremos que los siguientes escenarios son el mismo sistema en diferente tiempo

Podemos calcular la variación en la entalpía, es decir, en la cantidad y tipo de enlaces presentes

Entonces HFinal >> HInicial por lo tanto hay un aumento en la entalpía

Entonces HFinal << HInicial por lo tanto hay una disminución en la entalpía

Tiempo final

Tiempo inicial

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Entropía y Entalpía

¿Cual es la variación de entropía(S) y entalpía(H) en el siguiente sistema?

Glucógeno

Glucosa

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Contenido en energía libre (G)

Es la cantidad de energía de un sistema que puede usarse para realizar trabajo, puede definirse con base en tres magnitudes: la entropía, la entalpía y la temperatura (T) absoluta en grados Kelvin

DEFINICIÓN

La variación de la energía libre se expresa como

Es decir ΔH es negativa (se rompieron enlaces) y ΔS es positiva (aumenta el desorden). Es una reacción espontánea, exergónica (libera energía)

∴ Termodinámicamente favorable

Es decir ΔH es positiva (se generan enlaces) y ΔS es negativa (disminuye el desorden). Es una reacción no espontánea, endergónica (requiere energía)

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Contenido en energía libre (G)

Glucógeno

Glucosa

1. Entropía - ΔS es positiva porque aumenta el desorden 2. Entalpía - ΔH es negativa porque disminye la cantidad de enlaces en la molécula

Es termodinámicamente favorable

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Contenido en energía libre (G)

Glucógeno

Glucosa

1. Entropía - ΔS es negativa porque disminuye el desorden 2. Entalpía - ΔH es positiva porque aumentan la cantidad de enlaces en la molécula

NO es termodinámicamente favorable

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Acoplamiento de reacciones químicas

• La función celular depende de reacciones que son ΔG positivo que son termodinámicamente desfavorables, por lo que se deben acoplar reacciones endergónicas con reacciones exergónicas de modo que el proceso global sea negativo

ESTRUCTURA DEL ATP

ESTRUCTURA DEL GTP

• La fuente de energía habitual utilizada en las reacciones biológicas es la energía liberada por la hidrolisis del ATP o GTP

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Acoplamiento de reacciones químicas

EJEMPLO MECÁNICO

1. El objeto en la parte superior posee energía potencial que al deslizarse por el plano va perdiendo.

2. Si se acopla un objeto más pequeño el movimiento del más grande elevará al pequeño generando una cantidad de trabajo

La cantidad de energía que se transformó en trabajo es el cambio de energía libre (ΔG)

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Acoplamiento de reacciones químicas

¿Cual es la variación de energía libre de las siguientes reacciones?

REACCIÓN 1

Fosfato inorgánico

Glucosa

Glucosa 6P

REACCIÓN 2

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Acoplamiento de reacciones químicas

¿Cual es la variación de energía libre de las siguientes reacciones?

REACCIÓN 1

Fosfato inorgánico

Glucosa

Glucosa 6P

REACCIÓN 2

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Acoplamiento de reacciones químicas

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Enzimas como facilitadores de reacciones

Enzimas

Son biocatalizadores que provocan un gran incremento en la velocidad de las reacciones químicas sin consumirse en el proceso

Las reacciones químicas catalizadas por enzimas en el interior de la célula se encuentran organizadas en muchas secuencias de reacciones consecutivas denominadas como rutas o vías

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Fundamentos genéticos

Estructura de los ácidos nucléicos

• Nucleótidos
• DNA y RNA

Organización del material genético

• Genes y cromosomas

Expresión génica

• Duplicación del DNA
• Transcripción
• Síntesis de proteínas

Estructura de los ácidos nucleicos

BASES NITROGENADAS

ÁCIDOS NUCLEICOS

NUCLEÓTIDOS

Compuestos cíclicos que tienen nitrógeno en su estructura.

Los nucléotidos se polimerizan para formar cadenas: ácidos nucleicos.

DNA (ácido desoxirribonucleico)

• Dos cadenas en forma de doble hélice.
• Almacén y transmisión de la información biológica.

Conformados por:

1. Base nitrogenada.
2. Pentosa.
3. Grupo fosfato.

RNA (ácido ribonucleico)

• Diversas estructuras y funciones:
• RNA mensajero.
• RNA ribosomal.
• RNA transferencia.

Pentosa: ribosa en RNA y desoxirribosa en DNA.

Se dividen en:

• Purinas - Guanina, Adenina
• Pirmidinas - Citosina, Timina, Uracilo

El uracilo es exclusivo del RNA y la timina del DNA.

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Organización del material genético

GENOTIPO: conjunto de instrucciones o genes contenido en el material genético heredable (DNA).

FENOTIPO: expresión morfológica o funcional de un organismo vivo en cualquier momento de su desarrollo.

GENOMA: material genético (secuencia de DNA) completo que contiene toda la información de un organismo.

GEN: segmento de DNA con la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional.

• Las células humanas son DIPLOIDES porque su material genético está duplicado.
• Cada copia de un mismo gen se conoce como ALELO.

Empaquetamiento del DNA

El DNA en su totalidad es mucho más grande que las células que lo contienen(ej. DNA humano extendido = ~1.2m // diámetro de células humanas = 10-30 μm).

El DNA es superenrrollado alrededor de proteínas llamadas histonas, formando el nucleosoma, que se sigue enrollando en estructuras cada vez más complejas.

Cromosomas = unidad más compacta del DNA (23 pares en humanos).

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Expresión génica

DUPLICACIÓN: Se crea una copia del DNA para que despúes cada división las células resultantes tengan un material genético completo.

Para que la información genética pueda ser usada (transformar genotipo en fenotipo), debe ser decodificada:

TRANSCRIPCIÓN: Transformación del DNA en RNA mensajero (mRNA).

TRADUCCIÓN: Transformación del mRNA en aminoácidos de proteínas mediante un código de 3 nucléotidos (codón).

Todos estos procesos requieren una maquinaria enzimática especializada y se encuentran sumamente regulados

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.