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INTRODUCCIÓN
Todo lo que hacemos involucra a la bioquímica hasta para leer esta introducción se necesita la energía luminosa, que se convierte en energía química. Piensas y las moléculas de proteínas se sintetizan y se almacenan en el cerebro.
Por ello el estudio de la bioquímica es interesante y estimulante, incluso para las personas que no sienten la atracción por ella. Por lo tanto aprende, conoce cuanto puedas. Tu trabajo aumentará de valor y tu VIDA se enriquecerá con mayor comprensión.
La bioquímica es el estudio de la base molecular de la vida, es una ciencia tan importante e interesante para todos los seres vivos (animales y plantas), debido a que la vida se mantiene por un complejo conjunto de reacciones químicas, que en los seres humanos son factibles gracias a su fuente primordial de energía la comida.
Así como existe en el mundo una repartición desigual de la energía, lo mismo sucede con la comida. Tener un conocimiento sustancial en la dieta nos permite un mejor aprovechamiento de la comida, dado que esto define la función del colesterol, las grasas y los vestigios de elementos en nuestra organismo, que son puntos de gran interés en los laboratorios de bioquímica.
Los estudios bioquímicos permiten una mejor comprensión de los procesos funda- mentales de la vida. Todos tenemos una curiosidad natural acerca de cómo funciona nuestro cuerpo. ¿Cómo una célula del cerebro almacena fórmulas químicas o matemáticas? ¿Cuáles son las similitudes y diferencias bioquímicas entre las distintas formas de vida? ¿De qué manera los organismos almacenan y transfieren la información necesaria para reproducirse? ¿Qué moléculas primitivas estuvieron implicadas en el origen de la vida? ¿Cómo se digiere el alimento para dar energía a las células? Estas Son algunas de las preguntas que los bioquímicos tratan de responder.
Ahora comprobarás la importancia de tener los aprendizajes básicos de química que te permitirán pasar de manera lógica y natural al estudio de los siete compuestos que participan de manera determinante en los procesos vitales “agua, carbohidratos, proteínas, aminoácidos y pépticos enzimas, lípidos, aminoácidos, y ácidos nucleicos” y quizá estés de acuerdo con lo que actualmente se cree que el ser humano, más que una forma de vida única, es simplemente una de las muchas formas de vida que habitan sobre la tierra y que cumplen ciertos principios básicos de la química.
¿Sabias que eres el resultado maravilloso de un conjunto de átomos y moléculas altamente organizadas? Suena interesante o ¿no? Por eso es importante que te apropies de los conocimientos que te proporciona la Bioquímica. Empieza por recordar algunos conocimientos que ya tienes y que servirán de base para la comprensión de procesos complejos relacionados con la vida
_1. Observa detenidamente los siguientes esquemas
- Relaciona los esquemas anteriores con el cuadro que se te presenta a continuación y encuentra las palabras que correspondan a cada esquema, puede ser el nombre, algún elemento esencial para su desarrollo, alguna molécula producida por ellos etc._
S. Óseo Potasio Oxigeno S. Inmunológico Enzimas Miosina S. Digestivo Hemoglobina Anticuerpos Oxidación Colágeno Calcio S. Muscular Glucosa S. Respiratorio Hierro Bióxido de Carbono
Glóbulos blancos S. Circulatorio Fermentación
Vitaminas Nitrógeno Hidratos de carbono
Ceratonina Energía
3. Escribe derecha de cada dibujo los términos que se relacionan con cada esquema, y cita la importancia de su relación.
I. ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
Los objetivos de la bioquímica y la biología molecular son similares; no obstante, los enfoques que cada una utiliza para resolver problemas son distintos. Los biólogos moleculares tienden a enfatizar el estudio del material genético (RNA y DNA), en especial su papel en la transferencia de la información biológica, y utilizan enfoques experimentales más biológicos que implican organismos, DNA recombinante y genética molecular.
La bioquímica y la biología molecular casi son indistinguibles porque ambas buscan respuestas para la misma pregunta: ¿qué es la vida?
1.1 CONCEPTOS DE ORGANIZACIÓN Y ESTRUCTURA CELULAR
Durante mucho tiempo, los científicos han reconocido dos clasificaciones básicas de células.
- Las células eucariotas, incluyen a las plantas y animales, cuyas células tienen un núcleo delimitado por una membrana y compartimientos internos bien definidos.
- Las procariotas, organismos unicelulares simples, principalmente bacterias y algas azul-verde, carentes de un núcleo celular bien diferenciado y de compartimientos internos. Esta primera clasificación se logró por observación al microscopio de la célula y basada en su anatomía y estructura morfológica.
Antes de comenzar a estudiar estas dos clasificaciones es necesario que conozcas de manera general la conformación de una célula.
El 99% del peso de una célula está dominado por 6 elementos químicos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. El agua representa el 70% del peso de una célula, y gran parte de las reacciones intracelulares tienen lugar en el medio acuoso y en un intervalo de temperaturas pequeño.
La química de los organismos vivos es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño (macromoléculas) como ya vistes, formadas además por encadenamiento de moléculas orgánicas pequeñas que se encuentran libres en el citoplasma celular.
En una célula existen 4 familias de moléculas orgánicas pequeñas: azúcares (monosacáridos), aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por nucleótidos, y los oligosacáridos y polisacáridos, formados por subunidades de monosacáridos. Los
ácidos grasos, al margen de suponer una importante fuente alimenticia para la célula, son los principales componentes de la membrana celular. Las propiedades únicas de todos estos compuestos permiten a células y organismos alimentarse, crecer y reproducirse.
Células procariotas
Las células procariotas, son organismos unicelulares simples, principalmente bacterias y algas azul-verde, carentes de un núcleo celular bien diferenciado y de compartimientos internos.
Los organismos procarióticos, aunque son los menos desarrollados, son los más abundantes y ampliamente distribuidos. Las células procariotas tienen las siguientes características comunes:
- Su tamaño puede abarcar de 1 a 10 μm de diámetro. Las bacterias, un abundante organismo procariótico, se presentan en tres formas básicas: esférica (cocos), en forma de bastón (bacilos) y en espiral enrollada (espirilos).
- Los componentes celulares se encuentran encapsulados por una membrana celular y pared celular rígida. En ocasiones, la membrana puede formar intrusiones para dar lugar a estructuras de varias capas llamadas mesosomas. La superficie exterior a menudo esta cubierta por flagelos, o apéndices para la locomoción; y por pili o vellosidades, características estructurales responsables de la transferencia del DNA durante la conjugación sexual y su adherencia a las superficies.
Después de los ensamblados supramoleculares, el siguiente nivel más alto de organización es la unidad fundamental de la vida, la célula. Durante mucho tiempo, los científicos han reconocido dos clasificaciones básicas de organismos.
Antes de comenzar a estudiar estas dos clasificaciones es necesario que conozcas de manera general la conformación de una célula.
Células procariotas
Los organelos de las células eucariotas son: el núcleo, el retículo endoplásmico, que contiene ribosomas, el aparato de Golgi y la mitocondria.
Los organelos de una célula eucariota no flotan libremente en el mar citoplásmico. Su ubicación y su movimiento se encuentran restringidos por el citoesqueleto, o matriz filamentosa tridimensional extendida por todo el interior de la célula.
ORGANELOS DE EUCARIOTAS, SUS COMPONENTES BIOMOLECULARES Y
SU FUNCIÓN BIOLOGICA
Elemento Estructural
Composición molecular Función biológica
Membrana celular Bicapa de proteínas (50%) y lípidos( 50%) y algunos carbohidratos
Frontera selectiva mente permeable para la entrada y salida de nutrientes y desechos, posee algunas actividades enzimáticas importantes.
Núcleo Contiene DNA geonómico asociado a proteínas histonas formando cromatina; RNA
Depósito de información genética; sitio de replicación del DNA y trascripción a RNA.
Retículo endoplásmico con ribosomas
Vesículas aplanadas de una sola membrana de lípido y proteína; los ribosomas consisten en RNA y proteínas
Superficies sobre las que se unen los ribosomas para la síntesis de proteínas.
Mitocondria Vesículas aplanadas de lípido, proteína y polisacárido Poseen dos membranas de proteínas y lípidos; el interior (matriz) contiene enzimas solubles e insolubles, RNA y DNA
Secreción de productos de desecho de la célula Sitio del metabolismo energético y síntesis de ATP de alta energía.
Lisosomas (en animales)
Vesículas con una sola membrana que contienen enzimas hidrolíticas
Metabolismo de materiales ingeridos por endocitosis
Micrográfia de una parte del citoesqueleto de una célula renal de hámster. Interior de una célula el citoesqueleto
Peroxisomas(en animales) o glioxisomas e plantas
Vesículas con una sola membrana que contienen catalasa y otras enzimas oxidativas
Metabolismo oxidativo de nutrientes empleando O 2 para formar H 2 O 2
Cloroplastos (en plantas)
Organelos de membrana doble que contienen: proteína, lípido, clorofila, RNA, DNA Y ribosomas
Sitios de la fotosíntesis. Convierte la energía luminosa en energía química (ATP)
Citoplasma El citoesqueleto consta de proteínas; moléculas pequeñas, proteínas solubles, enzima s, nutrientes, sales en solución acuosa
Confiere forma a la célula; región donde se llevan a cabo muchas reacciones metabólicas
1.2 ELEMENTOS Y COMPUESTOS DE LA MATERIA VIVA
De los más de 100 elementos químicos, sólo cerca de 28 (26%) se hallan en forma natural en las plantas y los animales (Fig,)
Casi todos los grupos de la tabla periódica de los elementos están representados en el material biológico, incluyendo los metales y los no metales. La combinación de elementos químicos en biomoléculas genera una gran variedad de estructuras químicas y tipos de reactividad.
Las moléculas que existen en la naturaleza incluyen, entre otras, a cationes, aniones, compuestos covalentes, compuestos iónicos, iones metálicos y complejos de coordinación. Varios ejemplos muy conocidos ilustran las diversas series de compuestos orgánicos y órgano metálicos que llevan a cabo múltiples funciones celulares por ejemplo: Los carbohidratos actúan como nutrientes en el metabolismo energético, además de contribuir en forma importante en la estructura de las células y en el reconocimiento
I
1
(^11 )
19
42
20 23 24 25
5
26 27 28 29 30
13
6
14
7 8
33
9
15 16 17
34 35
53
humanos (Ver Fig.).
Te invitamos ahora que pongas en práctica lo aprendido y lleves a cabo las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1.-. Investiga de qué forma se relaciona la bioquímica con la biotecnología.
2.- Busca en el periódico o cualquier otra revista 3 artículos recientes que traten sobre algún tema de bioquímica que sea novedoso, llévalos a tu asesoría y por equipo analízalos y socialízalos en el grupo.
3.- Investiga si algunos de los premios Nóbel de la ciencia. Que se han dado en la ultima década son por descubrimientos que tengan que ver con la bioquímica. Y elabora una tabla con los aspectos más sobresalientes
Vamos iniciando y como puedes ver no hay marcha atrás todo es interesente ¡continua!
El estudio del compuesto que tendrás oportunidad de conocer a continuación es tan importante que la vida no existiría sin el. Encuentra el nombre 12 veces en la siguiente sopa de letras.
Y K S A K T K S H L N R Q K L S T Y
H L F G L Y L F A G U A T C A F Y H
J O R U O G O R T Y S I Y G T R C J
A P A P D P Y H F O U T Y H L G
U I H L I T I A F J R A L F P N F A
G V I R V Y V G J T G P H L X M D U
A T K Y T H T U K Y V T U A K A H G
S A L S T Y R A Ñ K U F U D L G C A
F B O A Y H Y S J L Y G D F O U S S
R T P O G J I F T O A T R J P A F F
T Y I H L U O R D P H L S L I C R R
Y H V A U G A Y S I S S F T V B Y T
R J T H L T P H T V F T R Y T N H Y
P A U G A Y R J Y T R E A G U A J M
Escribe la palabra clave en los siguientes refranes:
Pasa por mi casa cate de mi corazón
Tanto va el cántaro al hasta que se rompe
Que no has de beber déjala correr
Describe algunas características físicas, que conozcas de ella.
Describe algunas características Químicas, que conozcas de ella.
2. EL AGUA
2.1 IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS SOLUCIONES
Es una de las sustancias mas importantes en el metabolismo de los seres vivos por sus propiedades como son: Su capacidad calórica y disolvente su comportamiento como acido o como bases la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y el 90 % del peso de la mayor parte de los organismos.
Las moléculas de agua están formadas por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Otros compuestos semejantes formados por hidrógeno y un no metal, como el ácido clorhídrico (HC1), ácido sulfhídrico (H 2 S) y el amoniaco (NH 3 ) son gaseosos a la temperatura ambiente.
Entonces, ¿por qué el agua es liquida?
Pues porque entre, el hidrógeno de una molécula y el oxígeno de otra, existe una atracción muy fuerte, formando lo que se llama un puente de hidrógeno entre dos oxígenos. Estos puentes se están rompiendo y formándose nuevamente, pero mantienen grupos de varias moléculas formando estructuras en forma de “jaulas”.
El agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos, los nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.
Al ser un solvente tan especial y una molécula reactiva indispensable para la vida, no es raro que el agua determine la estructura y el comportamiento de todas las biomoléculas. Por lo tanto, el estudio de estas moléculas no será completo sin el conocimiento de las propiedades especiales del agua.
2.2 PROPIEDADES GENERALES DEL AGUA
El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo. Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes.
El agua no sólo tiene la peculiaridad de ser líquida, sino que es un líquido con características un tanto extrañas. Todos los líquidos, al enfriarse, disminuyen su
volumen y aumentan su densidad indefinidamente, de manera que al congelarse originan un sólido más denso que el líquido del cual se formaron. El agua, por el contrario, al enfriarse llega a su máxima densidad a los 4°C, y por debajo de esta temperatura empieza nuevamente a disminuir su densidad (aumentar su volumen). Al congelarse, produce cristales de hielo de una densidad menor que la forma liquida.
¿ Qué pensarías si te dijeran que de esta propiedad depende la existencia de vida sobre la Tierra? ¿Qué pasaría si el hielo fuera más pesado que el agua?
Entre otras cosas, al formarse hielo en los polos y en las altas latitudes durante el invierno, aquél se iría al fondo del océano, donde jamás se descongelaría. Así, a lo largo de millones de años se habría acumulado una enorme masa de hielo que ocuparía la mayor parte del volumen de los océanos, con sólo una delgada capa de agua, que, sin embargo, aislaría la gran masa de hielo del calor de los rayos solares, impidiendo que se fundiera durante la primavera y el verano. En esta delgada capa de agua es muy poco probable que hubieran podido evolucionar los seres vivos primitivos que posteriormente poblaron la tierra.
Lo que en realidad sucede es que al enfriarse el agua del mar hasta 4° C, se va al fondo. Debido a esto, por debajo de una determinada profundidad, la temperatura del agua (líquida) es constante.
En virtud de su elevada capacidad calorífica específica, el agua funciona como amortiguador de la temperatura al absorver mucha de la energía, en forma de calor, generada por las reacciones bioquímicas
Estos amortiguadores, tan simples como el bicarbonato y tan complejos como las proteínas, reaccionan con el agua y mantienen el pH de los fluidos intra y extracelulares a niveles constantes, requisito indispensable para el funcionamiento adecuado de las biomoléculas.
El agua es un reactivo importante en muchas reacciones bioquímicas. Una de las reacciones biológicas más comunes es la ruptura de un enlace químico por medio del agua (hidrólisis), como sucede en las etapas iniciales de la digestión de proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos; también es uno de los principales reactivos en el proceso de fotosíntesis:
hv 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 1206 + 6 O 2 Carbohidratos
Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica
g) ionización del agua y escala de pH
Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.
Un Ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.
Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una
solución iónica que siempre contiene algunos iones H 3
O
y OH
H
, en lugar de H 3 O
). El producto [H
] · [OH
- ]= 10 - , se denomina producto iónico del
agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o
alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, su concentración de iones [H
] o [OH
2.3 CARÁCTER BIPOLAR Y ENLACES INTERMOLECULARES DEL AGUA.
Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica.
Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus propiedades de fluido, en realidad, coexisten estos pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes no polares, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.
Los enlaces de hidrógeno son enlaces químicos que se forman entre moléculas que contienen un átomo de hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo (un átomo que atrae electrones). Debido a que el átomo electronegativo atrae el par de electrones del enlace, la molécula se polariza. Los enlaces de hidrógeno se forman debido a que los extremos o polos negativos de las moléculas son atraídos por los polos positivos de otras, y viceversa. Estos enlaces son los responsables de los altos puntos de congelación y ebullición del agua.
El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.
ATOMOS DE HIDROGENO
carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
El agua constituye más del 80% del cuerpo de la mayoría de los organismos, e interviene en la mayor parte de los procesos metabólicos que se realizan en los seres vivos. Desempeña de forma especial un importante papel en la fotosíntesis de las plantas y, además, sirve de hábitat a una gran parte de los organismos.
El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.
Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración. La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire.
La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.
En materia de eliminación, además de los elementos residuales de la combustión fisiológica, como las ureas - fundamentalmente eliminadas en la orina - también se producen eliminaciones mediante la transpiración.
Por otra parte, al constituir una sustancia ambiental para la vida, el agua es el hábitat de una parte fundamental de la flora y fauna del planeta.
Dada la importancia del agua para la vida de todos los seres vivos, y debido al aumento de las necesidades de ella por el continuo desarrollo de la humanidad, el hombre está en la obligación de proteger este recurso y evitar toda influencia nociva sobre las fuentes del preciado líquido.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1.- En tu localidad ¿tienes problemas de abastecimiento de agua?
2.- ¿Explica por que no puedes vivir sin agua?
3.-Investiga que características tiene el agua que consumes.
4.- El p H del agua de lluvia normal es 5.6 su ligera acidez con respecto al agua pura se debe al CO 2 que contiene disuelto. La acidez de la lluvia en algunas regiones se a incrementado debido al aire contaminado con algunos compuestos químicos que reaccionan con el agua y forman ácidos. a) Que conoces sobre el tema b) En que lugares se presenta lluvia ácida c) Que problemas ocasionan
5.-. Investiga por equipo las consecuencias que traería en el cuerpo humano consumir agua con pH acido o alcalino
6.-. Investiga si para el 2010 habrá problemas de abastecimiento de agua en tu localidad ¿Por qué?
7.- Elaboren un colage en una hoja de rotafolio por equipo que trate sobre la importancia del agua, usa recortes de revistas dibujos etc., pégalo en una parte del salón y explícalo a tus compañeros.
8. Por equipo elaboren un plan emergente para evitar que en tu localidad se pueda presentar la lluvia ácida y sumen a este plan más compañeros, autoridades etc, para lograr su objetivo.
Vamos a empezar un interesante tema lo importante no es jugar sino atrapar cada conocimiento que te permitirá ¡avanzar!
