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BIOQUIMICA
Miriam Rosario Arnéz Camacho
Unidad I La Bioquímica y su relación con otras ciencias
1. Introducción 1.1. Concepto de Bioquímica2. Objetivo3. Procesos químicos y la materia viva4. División de estudio de la Bioquímica5. Bioquímica y su relación con otras ciencias 5.1. Bioquímica como disciplina y ciencia
interdisciplinar 6. Base Bioquímica de Salud y enfermedad7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual
1. Introducción
La Bioquímica “Química de la vida”, es la
ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas o constituyentes químicos que se encuentran presentes en las células y organismos vivos, y de las reacciones químicas que ocurren en ellas.
2. Objetivo
Pretende describir y explicar la estructura, la composición, la organización, los procesos o reacciones químicas, así como también la regulación metabólica y las funciones de la materia viva en términos moleculares.
Para lograr este objetivo los bioquímicos han necesitado:
• Aislar las numerosas moléculas o constituyentes de que se componen las células
• Determinar su estructura química
• Analizar la forma en la que funcionan y como se organizan para su nueva creación
• Intentar comprender la forma como comienza la vida
•
• La bioquímica abarca la biología celular y la genética para dar lugar a una verdadera biología molecular, que es el objeto de la bioquímica actual.
3. Procesos químicos y la materia viva
Donde hay vida ocurren los procesos químicos …. ¿ Y donde se estudian los procesos químicos?
En las células
• Microorganismos• Vegetales• Insectos• Peces• aves
• Mamíferos inferiores • Mamíferos
superiores• Seres humamos
(Interés de estudio de las Ciencias Médicas)
• Todas las formas de vida desde la célula bacteriana más pequeña hasta el ser humano, están formadas por los mismos elementos químicos, que se utilizan para elaborar los mismos tipos de moléculas.
LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO
LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO
• La continuidad de procesos bioquímicos refleja el origen evolutivo común de todas las células y organismos.
Los estudios de estequiometria, del mecanismo de reacciones químicas y de los principios básicos de la termodinámica, han contribuido favorablemente en la comprensión y estudio de la Bioquímica.
Estudios que son importantes para comprender: • De que manera las
plantas obtienen energía de la luz del sol .
Estudios que son importantes para comprender: • Como obtienen los
animales y el hombre la energía a través de los alimentos..
El conocimiento de la Bioquímica permite al estudiante del área de la salud a enfrentarse en la práctica y la investigación.
• Permite comprender y preservar la salud• Apreciar y seguir un tratamiento eficaz
en la enfermedad
Sin embargo, es necesario plantearse las siguientes preguntas.
• ¿Cuales son las estructuras químicas de los componentes de la materia viva?
• ¿De que forma interactúan estos componentes para dar origen a estructuras supra moleculares organizadas? ¿Células tejidos multicelulares y organismos?
• ¿Cómo extrae energía de su entorno la
materia viva para mantener su existencia?
• ¿De que manera almacena y transmite un organismo la información que necesita para crecer y reproducirse de forma exacta?
• ¿Qué cambios químicos acompañan a la reproducción, al envejecimiento y la muerte de las células y los organismos?
• ¿Como se controlan las reacciones químicas en el interior de las células?
La búsqueda de las respuestas es el estudio de la química de la vida.
4. División de estudio de la Bioquímica
• Química estructural Estudia los componentes estructurales de la
materia viva y la relación con la estructura química.
• Metabolismo ** Estudia la totalidad de las reacciones químicas
que se producen en la materia viva.• Química de los procesos y las sustancias que
almacenan y transmiten la información biológica. Incluye el área de la genética molecular que
pretende conocer la herencia y la expresión de la información genética en términos moleculares.
4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **
Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células.
• Crecer y reproducirse• Mantener sus estructuras • Responder a estímulos
El metabolismo se divide en dos procesos conjugados:
• Catabolismo• Anabolismo
4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **
Reacciones catabólicas
Liberan energía ejemplo la Glicolisis, degradación de la glucosa con liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos.
Reacciones anabólicas
Utilizan energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como proteínas y ácidos nucleícos.
4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo **
El anabolismo y catabolismo son procesos acoplados, que hacen al metabolismo un conjunto, puesto que cada uno depende del otro
GLUCOLISIS• La glucolisis o ruta de Embden-
Meyerhof, ocurre en el citosol de la célula.
• No necesita oxígeno para su realización y se trata simplemente de una secuencia de nueve etapas.
• En esta ruta; una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.
GLUCOLISIS• Se produce en todas las células vivas,
desde procariotas hasta eucariotas animales y vegetales.
• Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de:
2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua
GLUCOLISIS•.
¿Qué es el ciclo de Krebs?
5. BIOQUIMICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS
BIOQUÍMICA COMO DISCIPLINA Y CIENCIA INTERDICIPLINAR
Extrae sus principales temas y guarda relación con:
• Química orgánica
Por que describe las propiedades químicas de las biomoléculas.
• Biofísica
Aplica técnicas de la física al estudio de las estructuras moleculares.
• Investigación médica
Intenta comprender los estados patológicos en términos moleculares.
• Fisiología
Que investiga los procesos de la vida a nivel celular y del organismo (Función corporal).
• Biología celular
Que describe la división de bioquímica del trabajo en el interior de una célula.
• Genética
Describe el mecanismo que da a una determinada célula u organismo su identidad bioquímica.
Los estudios genéticos han dilucidado numerosas áreas bioquímicas. Los fundamentos de genética se apoyan en la bioquímica, un ejemplo el estudio de los ácidos nucleídos .
• Inmunología
Utiliza numerosas técnicas bioquímicas y numerosas aspectos inmunológicos han encontrado uso extenso entre bioquímicos.
• Microbiología
Ha demostrado que los organismos unicelulares y los virus son apropiados para la determinación de muchas rutas metabólicas y mecanismos de regulación.
• Nutrición
“La nutrición es la composición y la cantidad de la ingesta de alimentos y la utilización de estos alimentos por los organismos vivos”, y el proceso de utilización de los alimentos es bioquímico (Devlin)
La bioquímica aclara y permite mayor comprensión del proceso metabólico mediante la descripción de necesidades alimentarías (nutrición) para el mantenimiento de la salud.
• Farmacología y farmacia
Se apoyan en un conocimiento sólido de bioquímica y fisiología.
La mayor parte de los fármacos son metabolizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre fármacos y fármaco nutrientes se comprender mejor desde un punto de vista bioquímico.
• Toxicología
Los tóxicos o venenos actúan por medio de reacciones o procesos bioquímicos.
• Patología
Enfoques bioquímicos se emplean cada vez más en el estudio de aspectos básicos de patología “estudio de la enfermedad”
• Inflamación • Lesión celular• Cáncer
La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad
“El estudio de la bioquímica ayuda a entender como funciona el organismo a modo de un sistema químico”
La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad
La bioquímica estudia:
Las estructuras químicas y
composición de las diversas moléculas que componen las células, los organismos vivos y sus reacciones químicas.
La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad
Las enzimas, coenzimas y la catálisis
biológica.Las rutas metabólicas y el control de las
mismas.Las hormonas que regulan las diferentes vías
del metabolismo.
Todos los procesos vitales que se comprenden mejor con el estudio de las leyes químicas y la existencia de una alteración o enfermedad en términos moleculares .
• “La salud es como un estado de bien estar físico, mental y social completo y no únicamente la ausencia de enfermedad o dolencia” (OMS).
• Desde un punto de vista bioquímico estricto, puede considerarse a la salud como esa situación donde miles de reacciones intra y extracelulares que ocurren en el cuerpo proceden a velocidades adecuadas a su supervivencia máxima en el estado fisiológico.
Los procesos bioquímicos normales son la base de la salud
Enfermedad o dolencia
La salud depende del equilibrio armónico de las reacciones bioquímicas que ocurren en el cuerpo, y la enfermedad o dolencia refleja anomalías en las biomoléculas, alteración de enzimas, hormonas, reacciones bioquímicas o procesos biológicos.
La Investigación Bioquímica tiene impacto en la Nutrición y Medicina Preventiva
Objetivos •Conservar la salud de la población•Prevenir enfermedades•Mejorar los hábitos alimentarios
Requisito • Ingestión optima de cierto número de
compuestos químicos. Vitaminas Proteínas
Varios aminoácidos Glúcidos
Ácidos grasos Fibra
Minerales Agua
6. Base Bioquímica de salud y enfermedad
Todas las enfermedades tienen una base
bioquímica
• Las enfermedades son manifestaciones de anormalidades de moléculas y de reacciones bioquímicas o procesos.
• Los estudios bioquímicos contribuyen al diagnóstico, pronóstico y tratamiento de una enfermedad.
Todas las enfermedades tienen una base
bioquímica • La cantidad y la composición de los
alimentos (combustible) que se consume es extraordinariamente importante.
• Los seres humanos deben ingerir cierto número de moléculas orgánicas complejas “alimentos-nutrientes” para conservar la salud.
• Los estudios de bioquímica permiten entender las relaciones existentes entre los nutrientes, el metabolismo, la salud y la enfermedad.
1. Las vitaminas se convierten en el organismo en moléculas complejas llamadas “coenzimas” que desempeñan función clave en las reacciones celulares.
Si en la dieta existe deficiencia de vitaminas puede originar las siguientes enfermedades:
• Escorbuto por deficiencia de vitamina C • Raquitismo por deficiencia de vitamina D • Xeroftalmia por deficiencia de vitamina A
Tratamiento: Administración de la vitamina apropiada
2. Numerosos vegetales en África son deficientes en uno o más aminoácidos esenciales • Caso que Origina desnutrición debilitante
“Kwashiorkor” en personas que dependen de esos vegetales como fuente principal de proteína.
Tratamiento: Consumo de alimentos balanceados que contengan cantidad suficiente de todos los aminoácidos esenciales.
3. Los esquimales de Inuit de Groenlandia consumen abundante cantidad de aceite de pescados ricos en ciertos ácidos grasos
poliinsaturados AGPI
En este caso, las personas tenían:
• baja concentración plasmática de colesterol• baja frecuencia de ateroesclerosis
En consecuencia se estimula el interés por el consumo de alimentos ricos en AGPI.
Desequilibrio nutricional
Enfermedadpor deficiencia
Vitamínica• Raquitismo• Escorbuto• Xeroftalmia
Deficiencia deAminoácidos
• Kwashorkor
Arteroesclerosis(Genético)
4. Fenilcetonuria PKU
• Trastorno genético
• Existe escasa o nula actividad de una enzima del metabolismo de los aminoácidos “fenilalanina hidroxilasa”
• Origina retraso mental en la infancia si no se trata a tiempo
• Exige diagnóstico de laboratorio selectivo Fenilalanina + enzima Fenilalanina hidroxilasa => Tirosina
Fenilalanina + ? = Fenilcetonas y otros metabolitos (fenil-piruvato, fenil-lactato, fenil-acetato) se acumulan y lesionan tejidos del
SNC en desarrollo
La Fenil cetonuria es una enfermedad infantil metabólica progresiva de origen genético
4. Fenilcetonuria PKU• La PKU clásica es una deficiencia
autosómica recesiva de la fenilalanina hidroxilasa, se describen mas de 170 mutaciones en el gen.
Prevención: El retraso mental puede
evitarse si: • Los lactantes reciben un dieta sintética baja
en fenilalanina pero que incluya tirosina durante 4 a 5 años.
• Restricción de proteínas en la dieta por varios años o de por vida.
5. Fibrosis quística
Enfermedad genética común de las glándulas exocrinas y sudoríparas
Síntomas • Producción anormal de secreción viscosa • Obstrucción de los conductos del páncreas y
bronquiolos• Elevada concentración de cloruros en el sudor• Mueren a temprana edad por infecciones
pulmonares Causa 70 % de los pacientes presentan omisión de tres
bases en el DNA. En la proteína transmembrana existe ausencia del
aminoácido 508.
FIBROSIS QUISTICA –TRANSTORNO HEREDITARIO- CONGESTION
PULMONAR - INFECCION Y MALA ABSORCION DE NUTRIENTES
POR EL PANCREAS
6. Cólera
El estudio del mecanismo de acción producida por la toxina bacteriana que causa el cólera ha proporciona información importante sobre las manifestaciones clínicas de la enfermedad.
6. Cólera Infección intestinal aguda causada por la
ingestión de alimentos o aguas contaminadas por la bacteria ”Vibrio cholerae” (bacilo Gram negativo)
Tiene un periodo de incubación corto, entre menos de un día y cinco días, y la bacteria produce una enterotoxina que causa los síntomas de la enfermedad
Síntomas• Diarrea copiosa inholora y acuosa• Perdida de sal y agua• Deshidratación grave y puede causar la
muerte si no se trata prontamente• Puede producir vómitos
Ciclo de contaminación del cólera
La enterotoxina producida por la bacteria origina la secreción de fluidos y electrolitos a nivel del intestino delgado.
El Vibrio cholerae se adhiere a receptores celulares específicos presentes en la superficie de las células intestinales.
Finalmente induce un bloqueo para la absorción de sodio y cloro por la vellosidad y promueve la secreción de cloro y agua por las células de las criptas intestinales.
7. Paludismo o Malaria
• Enfermedad producida por un parásito (protozoo) del género Plasmodium que es transmitido por la picadura de las hembras del mosquito anófeles (Género Anopheles).
• Los mosquitos pueden desarrollar resistencia bioquímica a la acción de los insecticidas.
8. Hipercolesterolemia Familiar • Enfermedad hereditaria autonómica dominante por
un defecto en el cromosoma 19
• Origina ateroesclerosis grave a temprana edad• Las células son incapaces de absorver el LDL, por un
defecto en la producción de receptores (LDL-r)• La LDL (lipoproteina de baja densidad) se
acumula en la sangre, existe un incremento de colesterol
• El incremento de estas sustancias favorece la generación de una placa aterosclerótica
• Enfermedad que se explica por el conocimiento de receptores celulares y de los mecanismos de captación de colesterol por las células
9. Oncógenos en las células cancerígenas• Conducen al estudio de mecanismos moleculares
que intervienen en el control de la multiplicación celular
Investigaciones bioquímicas en relación con las enfermedades
Objetivo• Demostrar sus causas• Sugerir tratamientos adecuados y
eficaces• Realizar pruebas selectivas para el
diagnóstico temprano• Colaborar en la vigilancia del
progreso de la enfermedad• Ayudar a valorar la respuesta al
tratamiento
Principales causas de enfermedadInfluencia de mecanismos bioquímicos
en la célula o en el cuerpo 1. Agentes físicos
• Traumatismo mecánico• Temperaturas extremas• Radiación• Choque eléctrico 2. Agentes químicos y
fármacos
• Compuestos tóxicos• Agentes terapéuticos
3. Agentes biológicos
• Virus• Bacterias• Ricketzias• Hongos• Parásitos
4. Ausencia de oxígeno
• Falta de suministro sanguíneo
• Envenenamiento de las enzimas oxidativas
Principales causas de enfermedadInfluencia de mecanismos bioquímicos en
la célula o en el cuerpo
5. Genética
• Alteraciones congénitas
• Alteraciones moleculares
6. Reacciones inmunológicas
• Anafilaxis• Enfermedad
autoinmonológica
7. Desequilibrio nutricional
• Deficiencia de nutrientes
• Exceso de alimentos
8. Desequilibrio endocrino
• Deficiencias o excesos hormonales
Nutrición Bioquímica
Salud Medicina
Proteínas
Arteroesclerosis
Diabetes
Enfermedades Genéticas
AnemiaCélula
falciformesEnfermedad
Genética
Lípidos
HIDRATOSDE
CARBONO(GLUCIDOS)
Ácidos nucleicos
MEDICINA
Nutrición BIOQUÍMICA
7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual
Referencia Bibliográfica
• Murray, Granner, Rodwell. Harper Bioquímica Ilustrada. Editorial. El Manual Moderno S.A. 17 a. edición. 2007.
• Hernandez Angel G, Sanchez de Medina Contreras Fermin, Funciones y metabolismo de los nutrientes, 2010.
• Lehninger, A. Principios de Bioquímica. Editado por W. Freman. Tercera Edición. 2006.
• Thomas M. Devlin, Ph.D. Bioquímica. Editorial Reverté, S.A. 2004.
• Baynes John W., Dominiczack Marek H., Bioquímica Médica. 2da. Edición. 2007.
• Eróstegui C., Zalles L, Dávalos R, Gamarra M. Solano M, Bioquímica, UMSS Facultad de Medicna, 2009.
• Stryer, Lubert. Bioquímica. Editoril Reverté S.A. Tomo I. 1993• Lecturas recomedadas Págs., Web –Internet.
(rosarioarnezc.jimdo.com).