Biologa Molecular

BioqumicaDr. David Abia Trujillo

Universidad Autnoma de QuertaroKaplan Med.

Un poco de miCharles DickensTecnolgico de Monterrey Campus QuertaroUniversidad Autnoma de Quertaro Facultad de Medicina (G 28: 2005-20012)Internado: Hospital General de QuertaroServicio Social: SESEQ Jurisdiccin Sanitaria 1. Joaqun Herrera, Corregidora.ECFMG certified 9 julio 2014ENARM 2014, 80,2

Temario:

1.MATERIA Y ENERGIA: NIVELES DE COMPLEJIDAD E INTEGRACION DE LA PRIMERA CELULA

2.ASPECTOS FISICOQUIMICOS DEL FUNCIONAMIENTO CELULAR PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL AGUA

3.CONCEPTO DE ACIDO-BASE, DEBIL Y FUERTE COMPONENTES MOLECULARES CELULARES

4.ACIDOS NUCLEICOS

5.AMINOACIDOS Y PROTEINAS, ESTRUCTURALES Y CATALITICAS DESNATURALIZACION DE PROTEINAS

6.CARBOHIDRATOS

7.LIPIDOS

8.FUNDAMENTOS DEL METABOLISMO CELULAR

9.DEFINICION DE ENZIMAS Y CLASIFICACIN SEGN SU FUNCION

10.CICLOS DE ENERGA EN LOS ORGANISMOS VIVOSCOMPLEMENTOEXAMEN

El idea central bigbang es la teoria de la relatividad que demuestra que el universo estaba en movimiento constante (expancin y contraccin fro/calor). George Gamow plante el bigbang.El sistema solar se form hace unos 4.5 millones de aosBig Bang10-35segundos despus el universo se expande de manera exponencial. A esto se le llama inflacin csmica

Al terminar la inflacion, los componentes materiales quedan en forma de un conjutno de quarks y gluones

La temperatura descendi, y debido a un cambio an desconocido denominadobariognesis, losquarksy losgluonesse combinaron enbarionestales como elprotny elneutrn.

Las temperaturas an ms bajas condujeron a la formacin de protones y neutrones se combinaron para formar losncleosdedeuterioy dehelio, en un proceso llamadonucleosntesis primordial.

Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dej de moverse de forma relativista y su densidad de energa comenz a dominar gravitacionalmente sobre laradiacin.

Pasados 300.000 aos, loselectronesy los ncleos se combinaron para formar lostomos(mayoritariamente dehidrgeno). Las temperaturas bajaron apareci el agua sobre la TierraLa atmsfera de la Tierra entonces era muy reducida (N2, H2O, CO2, CO, CH4, NH3, SO2)Las fuentes de energa del espacio (rayos, radiaciones electromagnticas) propiciaron: - Molculas de esta atmsfera primitiva reaccionaran con metales de la corteza - Formando, supuestamente, compuestos orgnicos simplesORIGEN DE LA VIDA Primeros microorganismos - bacterias (simples) - membrana con molculas polimricas /metabolismo simple /mecanismo hereditario El metabolismo sera anaerobio - NO haba O2 Los primeros microorganismos seran organtrofos: obtienen energa de sustancias orgnicas por fermentacin Tras agotamiento de nutrientes orgnicos surgiran nuevos metabolismos - fotosntesis anoxigenica con donadores de electrones p.ej. : H2S (bacterias purpuras del azufre)Aparicin de fotosistemas con el H2O como donador de electrones (aparicin del O2 y de la vida aerobia, formacin del O3: proteccin a la Tierra de la radiacin UV) EL ORIGEN DE LA VIDA

HABITABLE

Carl Sagan imagina este calendario, desde el origen del Universo hasta el da de hoy.La ciencia hasta hoy no ha sido capaz de responder como se auto-organizaron las biomoleculas para configurar las entidades mas simples de vida, con capacidad de autoreplicacion: los microorganismos unicelularesNivel AtmicoBsicamente tres tipos de partculas: protones electrones y neutrones. Algunas de ellas a su vez compuestas

La cohesin del tomo requiere otras partculas bosnicascomo lospiones,gluonesofotones.Nivel AtmicoLos protones y neutrones por su parte estn formados por quarks:

Un protn est formado por dos quarksarribay un quarkabajo.(Arriba,Abajo,Fondo,Cima,ExtraoyEncanto

Los quarks se unen mediante partculas llamadas gluones. (pegamento)

Los protones se mantienen unidos a los neutrones por el efecto de los piones, que son mesones(parejas de quark y antiquark)

Existen tambin otras partculas elementales que son responsables de las fuerzas electromagntica(losfotones) ydbil(losneutrinosy losbosones W y Z).

BIOELEMENTOSSe define como una serie de elementos qumicos que se consideran esenciales para la vida o para la subsistencia de organismos determinados.

Debe cumplir cuatro condiciones:

1.- La ingesta insuficiente del elemento provoca deficiencias funcionales, reversibles si el elemento vuelve a estar en las concentraciones adecuadas.

2.- Sin el elemento, el organismo no crece ni completa su ciclo vital.

3.- El elemento influye directamente en el organismo y est involucrado en sus procesos metablicos.

4.- El efecto de dicho elemento no puede ser reemplazado por ningn otro elemento.

BIOELEMENTOSElementos

Corteza (%)

Elementos

Seres vivos (%)

OxgenoSilicioAluminioHierro

47 28 85

OxgenoCarbonoHidrgenoNitrgeno

63 20 9,5 3

15De los 92 elementos naturales - - - - - - 27 son bioelementos

BIOELEMENTOSBioelementos% en la materia vivatomosPrimarios96,2%C, H, O, N, P, SSecundarios3,9%Ca, Na, K, Cl, Mg, Oligoelementos0,1%Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Li, I, Al, Si...16LOS MS ABUNDANTES POR SER LOS ESTRUCTURALES (SIN ELLOS NO EXISTIRA MATERIA ORGNICA)C H O N Principal - EL CARBONO : Tetravalente y bajo peso atmico Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energa.

Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular.

Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.

Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.

Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones qumicas.

El carbono unido al oxgeno forma compuestos gaseosos

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RESPONSABLES DEL FUNCIONAMIENTO (SIN ELLOS NO EXISTIRA VIDA)IMPORTANCIA DE ALGUNOS:El Calcio forma parte de los huesos, conchas, caparazones Necesario en la contraccin muscular.

El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisin del impulso nervioso. El Magnesio forma parte de la estructura de la molcula de la clorofila y cofactor de enzimas.

El Cloro es necesario para mantener balance de agua en la sangre y el lquido intersticial.

19OLIGOELEMENTOSSon aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1% en peso.IMPORTANCIA DE ALGUNOS:El Iodo para la formacin de tiroxina: reguladora del metabolismo.El Hierro constituyente de mio y hemoglobina.El Manganeso como factor de crecimiento y cofactor enzimtico.El Cobalto forma parte de la vitamina B12.El Fluor forma parte de la dentina.El Litio como neurotransmisor y relacionado con las depresiones.El Aluminio es un cofactor enzimtico, regulador del sueo.El Cobre transporta oxgeno en invertebrados. 20Tanto su ausencia como su concentracin exceciva es perjudicial para el organismo, hepatotoxicos.BIOMOLCULASSon aquellos compuestos qumicos formados por la combinacin de bioelementos, que se extraen de los seres vivos por mtodos fsicos, como: filtracin / dilisis / cristalizacin / centrifugacin / cromatografa y electroforesis.

Tambin se denominan principios inmediatos, porque podan extraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente. Inorgnicos

Orgnicos

- Agua- Gases: CO2 -Sales minerales

-Glcidos-Lpidos-Protenas-cidos nucleicos

CLASIFICACIN:21Componentes activos de medicamentos: vitaminas, hormonas, azcares, aa, coenzimas,...:Terapia de sustitucin: Insulina (pacientes diabticos)Mecanismos fisiolgicos - Antioxidantes (vitaminas E, C y b-caroteno) - Prevencin de procesos de oxidacin (cncer, envejecimiento,...)

El metabolismo de los frmacos involucra: - su vida media - su funcionalidad (formacin de metabolitos con diferente actividad farmacolgica) - interacciones entre frmacos (sinergismo o antagonismo de efectos)

Aplicacin de tcnicas de ingeniera gentica para obtener frmacos: Insulina humana, interfern, hormona del crecimiento, etc.

Introduccin y GeneralidadesDefiniendo:Bioqumica: Cienciaque estudia la composicin qumica de losseres vivos (protenas,carbohidratos,lpidosycidos nucleicos). Orientada a comprender su metabolismo (catabolismo y anabolismo)

Metabolismo: Conjunto de reacciones bioqumicas y procesos fsico-qumicosque ocurren en unaclula. Es la base de lavidaa escala molecular, y permiten las diversas actividades de las clulas:crecer, reproducirse, mantener sus estructuras,responder a estmulos, etc.

Seguimos definiendo:AnabolismoCatabolismo(delgriegoana, "hacia Arriba",balleiny "lanzar")

Sntesis de componentescelularesa partir de precursores de bajamasa molecular, (biosntesis)

Simple Compuesto(griego kata, "hacia abajo")

Transformacin debiomolculascomplejas en molculas sencillas

Almacenamiento adecuado de la energaqumica adenosn trifosfato (ATP)Compuesto SimpleAnabolismo Catabolismo

Panorama General

Definiendo:Enzimas Molculasgeneralmente proteicas quecatalizanreacciones qumicas, siempre que seantermodinmicamente posibles:

Reacciones qumicas: Espontaneo VS Instantneo

glucosaoxigenoCO2H2OEnerga VelocidadNo afectado por enzimasAumentada por enzimasTermodinmicamente espontanea, libera energa, generalmente irreversibleDisminuye la energa de activacinTermodinmicamente no espontaneo (requiere energa)Reaccin en equilibrio (libremente reversible)

Gs: energa al inicio

Gp: energa al final

:energa de activacin

= Gp-Gs

1-3=-2

Ejemplo.

A------BA------CA------DNo espontaneaReversibleEspontanea e Irreversible3

2

1Oxidacin ReduccinLaoxidacines unareaccin qumicamuy poderosa donde un elemento cedeelectrones.

Lareduccines el proceso electroqumico por el cual untomooionganaelectrones.

Este proceso es contrario al de oxidacin

Agentes reductores y OxidantesEl agentereductores aquel elemento qumico que suministra electrones de su estructura qumica al medio, aumentando su estado de oxidacin, es decir, siendo oxidado.

El agenteoxidantees el elemento qumico que tiende a captar esos electrones, quedando con unestado de oxidacininferior al que tena, es decir, siendo reducido.2Y ESTO QUE?

Por que respiramos Oxgeno?

El O es el ultimo aceptor de H.

La vida comienza con las ClulasClula: dellatncellula, diminutivo decella, "hueco Unidad fundamental de la vida.

Crecer, reproducirse, procesar informacin, responder a estmulos, procesos qumicos, morir.Clula:Procariontes/ProcariotaEucariontes/Eucariota

Clula Procariota:

nico Compartimiento cerradoLimitada por la membrana plasmtica. Carecen de ncleo definidoSencillas

Bacterias, Cianobacterias1.5 kg en el ser humano son Bacterias.

Clula EucariotaNcleo definidoNcleo rodeado por membrana y con compartimientos internos.Organelos (orgnulos) rodeados por membranas

Reino animal, vegetal, hongos

Las Molculas de las clulasSopa Acuosa:Azucares simples (carbohidratos) Protenas (aminocidos),Grasas (lpidos) Iones (Na, K, CL, Mg, etc..)

Organelos Celulares:MEMBRANA PLASMTICA

Estructura superficial limitanteLpidos ProtenasCarbohidratos

Los principales lpidos son los fosfolpidos (glicerol, 2 acidos grasos y fosfato.)

Doble capaProtenasTrans membranaprotenas perifricas

MEMBRANA PLASMTICAIntegridad Celular y de Tejidos

Equilibrio Inico (osmolaridad)

Reconocimiento celular y comunicacin (MHC I y MHC II)

Transmisin de seales

CITOESQUELETORed de filamentos proteicos que surca el citoplasmaDeterminacin Conservacin de la forma celularDistribucin de organelos en citosolMovimientos celulares

Tipos de filamentos:Microfilamentos: cadenas dobles trenzadasContraccin muscularForma celularDivisinMovimiento citoplasmtico y pseudpodos

CITOESQUELETOFilamentos intermedios:8 subunidadesCadenas proteicas 8 - 12 nm de dimetro y 10-100 mm de longitudMantenimiento de la forma celularSujecin a microfilamentos en clulas muscularesSoporte de extensiones de clulas nerviosasUnin de clulas

MicrotbulosTubos formados por subunidades proteicas espirales 25 nm de dimetro y pueden alcanzar 50 mm de longitudTubulina (dao en hiperglucemia)

NCLEOUn ncleo por clula, exceptoPuede ser bilobulado o multilobulado (eosinofilos, neutrofilos)Bi o plurinucleadas (msculo esqueltico)

Organizacin:Cuando la clula no se est dividiendoEnvoltura nuclear o membrana nuclearMaterial gentico o cromatina (hetero y eucromatina) NuclolosMedio semilquido: nucleoplasmaDivisin celular Desaparece la carioteca y el nucloloLa cromatina se condensa y forma cromosomas.

NCLEOMembrana Nuclear: Doble membrana provista de poros (intercambio entre nucleoplasma y citoplasma)Continuidad con el RER

Cromatina: Red de grnulos y filamentos constituida por ADN y protenasDivisin, cromatina se duplica, condensa y forma cromosomas

Nuclolo: Intranuclear desprovista de membrana. Tamao (sintetizan protenas)Sintetiza ARN y arman los ribosomas (subunidades 60 y 40, 30 y 50)

NCLEOSepara el material gentico del citoplasmaReplicacin y Transcripcin de Material Gentico

RETCULO ENDOPLSMICOSistema de tbulos y vesculas interconectados Continuacin de la membrana nuclear

RETCULO ENDOPLSMICO RUGOSO (RER)

RETCULO ENDOPLSMICO LISO (REL)RERTCULO ENDOPLSMICORER:Membranas dispuestas en sacos aplanados que se extienden en el citoplasma, generalmente en la periferia del ncleoRibosomas

REL:Red tubularSin ribosomas en su superficieSntesis de algunos lpidosEsteroides (HMG COA reductasa)Detoxificacin de medicamentos Modificacin post tranduccional (N glicosilacin)APARATO DE GOLGISistema de membranas internas, sacos aplanados o cisternas apiladasProcesa, clasifica y capacita molculas sintetizadas en RER y REL (Vesculas de secrecin)O glicosilacinFosforilacin de Manosa (I cell D)Cara Cis y TransSintetiza molculas de pared celularCelulosaglicolpidos Glicoprotenas

Formacin de:LisosomasAcrosoma (espermatozoide)

LISOSOMASContiene enzimas digestivasDegradan materiales provenientes del exteriorHeterogneos, redondo u ovoideMembrana resistente a enzimas que contiene y protege de autodestruccin

Digestin de material extracelularExocitosis de enzimasRemodelacin del hueso Penetracin del espermio en la fecundacin

LISOSOMASDigestin de restos de membranas celularesAutofagiarenovacin clulas daadas o que envejecen

Digestin de alimentos Grmenes Defensa

Autodestruccin Ruptura de membrana lisosomal en forma programada

RIBOSOMASGrnulos pequeos, consistentes en ARN ribosomal y protenas

Sntesis de protenas(Traduccin mRNA)

MITOCONDRIAEsfrica, tubular u ovoide, doble membranaCiclo de KrebsB OxidacinETC (cadena de transporte de Electrones)

Membrana externa permeable

Interna impermeablemayor superficie para reacciones qumicasSntesis de molculas de ATP (F0-F1)Citocromo C ApoptosisMITOCONDRIA

CENTRIOLOSolo en clulas animales

Cuando no est reproducindoseDos centrolos (diplosoma) perpendicularmente entre siMicrotbulos en forma radial

El centrolo organiza Huso acromticoorienta el movimiento de cromosomas en citoplasma

NIVELES DE ORGANIZACIN

62Gracias!Para la siguiente sesin:

Estudien!!!!!!!