Bioqu

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Bioquímica General Intermedia Lehninger
Principles of Biochemistry Fourth Edition
David L. Nelson and Michael M. Cox
Biomoléculas y Agua Capítulos 1 y 2
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Biomoléculas

• H, O, C y N constituyen 99 de los átomos en el
  cuerpo humano
• ELEMENTO PORCENTAJE
• Oxígeno 63.0
• Hidrógeno 25.2
• Carbono 9.5
• Nitrógeno 1.4

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Biomoléculas

• Qué propiedades unen al H, O, C y N y hace a
  estos átomos tan apropiados a la química de la
  vida?
• Su capacidad para formar enlaces covalentes
  compartiendo pares de electrones.

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414 351 712 292
6
615 343 615 816
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Biomoléculas

• Cuál es la energía de disociación de un enlace
  covalente?
• Enlace Energía kJ/mol
• O-H 470
• H-H 436
• P-O 419
• C-H 414
• N-H 389
• C-O 351
• C-C 343
• S-H 339
• C-N 293
• C-S 260
• N-O 222
• S-S 214

CO 712 CN 615 CC 611 PO 502 CC 816 N N 930
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Dos Aspectos Importantes sobre las Fuerzas Débiles

• Reconocimiento Biomolecular es mediado por
  fuerzas químicas débiles
• Fuerzas débiles restringen a los organismos a un
  rango estrecho de condiciones ambientales

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Propiedades de Biomoléculas Reflejan su Aptitud a
la Condición Viviente

• van der Waals 0.4-4.0 kJ/mol
• Puentes de Hidrógeno 12-30 kJ/mol
• Enlaces Iónicos 20 kJ/mol
• Interacciones Hidrofóbicas lt40 kJ/mol
• Covalentes 200-450 kJ/mol

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Componentes moleculares de una E. coli

• del peso total Número de especies
• de la célula moleculares
• Agua 70 1
• Proteínas 15 3,000
• Acidos nucleicos
• DNA 1 1
• RNA 6 gt3,000
• Polisacáridos 3 5
• Lípidos 2 20
• Subun. monoméricas 2 500
• e intermediarios
• Iones inorgánicos 1 20

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Hidroxilo (alcohol)
Carbonilo (aldehído)
Carboxilo
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carboxilo
amino
imidazol
17
fenilo
metilo
hidroxilos
amino
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grado de oxidación del carbono en las moléculas
biológicas
Totalmente reducido
20

• Todos los organismos vivos construyenmoléculas
• con los mismos monómeros

• La estructura de una macromolécula determina su
• actividad biológica

• Cada género y especie está definida por su set de
• macromoléculas

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Cuántas secuencias se pueden formar con 8
subunidades?
268 (2.11 x 1011) 48 (65,536) 208 (2.56 x 1010)
Palabras DNA Proteína Secuencias
lineales ordenadas
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MONOMOEROS QUE DAN ORIGEN A LAS MACROMOLECULAS
BIOLOGICAS
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Proteínas Hormonas peptídicas
Neurotransmisores Alcaloides tóxicos
Aminoácidos
Acidos nucleicos ATP Coenzimas
Neurotransmisores
Adenina
Lípidos de membrana Grasas Ceras
Acido palmítico
Celulosa Almidón Fructosa Manosa Sucrosa Lactosa
Glucosa
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AGUA

• Propiedades del Agua
• pH
• Buffers
• Papel del agua en ambiente

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Punto de fusión, ebullición y calor de
vaporización de algunos solventes comunes
Agua 0 100 2,260 Metanol (CH2OH)
- 98 66 1,100 Propanol
(CH3(CH2)2CH2OH) -127 97
687 Butanol (CH3(CH2)2CH2OH -90 117
590 Acetona (CH3COCH3) -95
56 523 Benceno (C6H6) 6 80
394 Cloroformo (CHCl3) -63 61
247
medida de energía requerida para romper fuerzas
atracción entre moléculas
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Propiedades del Agua

• Alto punto de fusión, ebullición, tensión
  superficial
• Compuesto polar
• Donador y aceptor de puentes de H
• Potencial para formar 4 puentes de H por agua

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Comparasión entre Hielo y Agua

• Puentes de H y Movimiento
• Hielo 4 puentes-H per molécula de agua
• Agua 2.3 puentes-H por molécula de agua
• Hielo tiempo de vida de puente de H aprox. 10
  microsec
• Agua tiempo de vida de puente de H aprox. 10
  psec (10 psec 0.00000000001 sec)

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Grupos peptídicos en polipéptido
Entre bases complementarias del DNA
Hidroxilo de alcohol y H2O
Carbonilo de cetona y H2O
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Propiedades Solventes del Agua

• Iones están siempre hidratados en agua y llevan
  alrededor una cubierta de hidratación"
• Agua forma puentes de H con solutos polares,
  p.ej. glucosa
• Interacciones Hidrofóbicas

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Interacciones Hidrofóbicas

• Un soluto no polar "organiza" el agua
• La red de puentes de H del agua se reorganiza
  para acomodar al soluto no polar
• Esto es un incremento en el "orden" del agua
• Esto es una disminución de la ENTROPIA

lt 40 kJ/mol covalente entre 200-400 kJ/mol)
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Moléculas Anfifílicas

• También llamadas "anfipáticas"
• Se refiere a moléculas que contienen tanto grupos
  polares como no polares
• También moléculas que son atraídas a ambientes
  tanto polares como no polares
• Ejemplos ácidos grasos

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Lípidos dispersos en H2O Cada molécula lipídica
fuerza las moléculas de agua que lo rodea a que
estén altamente ordenadas
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Clusters de moléculas lipídicas dispersos en
H2O Sólo porciones de lípidos hacia los bordes
del cluster fuerzan el ordenamiento del agua.
Existen menos moléculas de H2O ordenadas y la
entropía aumenta
46
Compuestos anfipáticos en solución
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Cuatro tipos de Interacciones No covalentes
(Débiles) entre biomoléculas en solvente acuoso
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49

• AGUA
• Prácticamente todas las reacciones químicas
  ocurren en
• solución. Agua es solvente más común para esas
  rxns
• Agua solvente universal para sistemas biológicos
• Molécula se puede disociar en cantidades
  extremadamente
• pequeñas para formar

• iones hidronio/protones H3O o H
• iones hidroxilo OH-

H OH- Ke --------------
H2O
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H OH- Ke --------------
H2O
Si Ke x H2O Kw Kw H OH-

• Kw 10-14, por tanto, en agua pura (neutra)
• H3O OH- 10-7 mol/litro

• Ambos componentes deben cambiar en direcciones
  opuestas
• A medida que H3O aumenta, OH- debe disminuir
• Si sabemos una de las dos concentraciones,
  automáticamente
• sabremos la otra

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ESCALA DE pH
H(M) pH OH-(M) pOH
100 M (1) 0 10-14 14 10-1 1 10-13 13 10-2 2
10-12 12 10-3 3 10-11 11 10-4 4 10-10 10 1
0-5 5 10-9 9 10-6 6 10-8 8 10-7 7 10-7 7
10-8 8 10-6 6 10-9 9 10-5 5 10-10 10 10-4
4 10-11 11 10-3 3 10-12 12 10-2 2 10-13 13
10-1 1 10-14 14 100 0
52
El pH y la H en los fluidos corporales

• Fluido pH H mol/L
• Plasma
• Acidemia extrema 7.0 1 x 10-7
• Normal 7.4 4 x 10-8
• Alcalemia extrema 7.7 2 x 10-8
• Jugo pancreático 8.0 1 x 10-8
• Acidez urinaria máxima 4.5 3 x 10-5
• Jugo gástrico 2.0 1 x 10-2

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A C I D O S
Molécula capaz de donar protones
Si una molécula capaz de disociarse para producir
H es añadida al agua, protón se combinará con
H2O para formar más H3O
Aumenta cantidad de H/H3O de la solución y pH
cambia (baja)
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B A S E

• Molécula capaz de aceptar protones

Si molécula capaz de disociarse para producir OH-
es añadida al agua, OH se combinará con H/H3O
reduciendo su concentración, pH cambia (aumenta)
Algunas bases aceptan directamente un protón
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FUERZA DE LOS ACIDOS Y BASES
Facilidad con la que aceptan o donan protones
Un ácido FUERTE se ioniza casi totalmente y
cambia el pH de manera marcada
Lo mismo para una base fuerte, p.ej. NaOH
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FUERZA DE LOS ACIDOS Y BASES
Un ácido débil como el acético, se ioniza muy
poco en agua
Una base débil como amonio, acepta pocos protones
de la solución acuosa
Ninguno de ellos cambia el pH de manera
significativa
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PARES ACIDO BASE CONJUGADOS
Cuando un ácido se disocia (dona un protón) el
producto ya no es más un ácido porque no tiene
más protones que donar. HA (ácido) ? A-
(base conjugada) H
Lo que se forma es una base Esta puede aceptar un
protón y reconvertirse en un ácido
A- (base conjugada) H ? HA (ácido)

• El producto de la disociación de un ácido es la
  base conjugada de dicho ácido.
• De manera similar, cuando una base se ioniza
  (acepta un protón), forma un ácido conjugado.
• Estos se denominan pares ácido/base.

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BUFFERS O TAMPONES

• La solución dentro de las células (el fluido
  intracelular), y la solución fuera de las células
  (fluido extracelular), son soluciones acuosas y
  mantienen un rango muy estrecho de H o
  propiamente dicho, de pH.

• Las funciones metabólicas (bioquímicas) del
  cuerpo funcionan sólo dentro de este rango
  estrecho de pH.
• Varios eventos metabólicos y exógenos pueden
  cambiar el balance ácido/base del cuerpo. Estos
  cambios son contrarrestados de varias formas, una
  de las cuales es mediante los buffers.

• Los buffers son soluciones que resisten el cambio
  de pH.
• Un buffer es una mezcla de un ácido débil y su
  base conjugada.

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Acido débil Base conjugada
Acético Acetato
CH3 COO- H Ka ______________
CH3 COOH
A- H Ka _______ HA
60
A- H Ka _______ HA
log Ka log A- log H log HA
-log H - log Ka log A- - log HA
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LISOSOMAS Por qué tienen un pH más ácido?