Conceptualización

 

Mezcla: En química, una mezcla es un sistema material formado por dos o más sustancias puras mezcladas pero no combinadas químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. No obstante, algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones ambientales, como una mezcla aire-combustible en un motor de combustión interna.

 

Combinación: Es un fenómeno químico y a partir de dos o más sustancias se pueden obtener otra con propiedades diferentes. Para que tenga lugar, debemos agregar las sustancias a combinar en cantidades perfectamente definida y para producirse efectivamente la combinación se necesitara liberar o absorber calor.

 

Fenómeno químico: Fenómeno químico: Se llama fenómeno químico a los sucesos observables y posibles de ser medidos en los cuales las sustancias intervinientes 'cambian' al combinarse entre sí. A nivel subatómico las reacciones químicas implican una interacción que se produce a nivel de los electrones de los átomos de las sustancias intervinientes.

En estos fenómenos, no se conserva la sustancia original, se transforma su materia, manifiesta energía, no se observa a simple vista y son irreversibles en su mayoría.

 

Fenómeno Físico: es aquél que tiene lugar sin transformación de materia. Cuando se conserva la sustancia original.

 

PH: El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H₃O⁺] presentes en determinadas sustancias.

La sigla significa ‘potencial hidrógeno’, ‘potencial de hidrógeno’ o ‘potencial de hidrogeniones’ (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.

 

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

Ácido base: Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base . Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo menos evidente. El primero de estos conceptos científicos de ácidos y bases fue proporcionado por el químico francés Antoine Lavoisier, alrededor de 1776

 

 

 

Amortiguadores: El amortiguador es un dispositivo que absorbe energía, utilizado normalmente para disminuir las oscilaciones no deseadas de un movimiento periódico o para absorber energía proveniente de golpes o impactos.

-Metabolismos: El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

La metabolización es el proceso por el cual el organismo consigue que sustancias activas se transformen en no activas.

Anabolismo: El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo.

La palabra anabolismo se originó del griego Ana que significa arriba.

Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar.

El anabolismo es el responsable de:

La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.
El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.
Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son:

La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas.
Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos.
Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.
El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:

Replicación o duplicación de ADN.
Síntesis de ARN.
Síntesis de proteínas.

Síntesis de glúcidos.
Síntesis de lípidos.

Catabolismo: El catabolismo es la transformación de moléculas complejas a moléculas simples, con liberación de energía. El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma de enlaces de fosfato y de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas.

El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. La palabra catabolismo procede del griego kata que significa hacia abajo.

Control del catabolismo. El control del catabolismo en los organismos superiores se realiza por diversos mensajeros químicos como las hormonas catabólicas clásicas que son:

Cortisol.

Glucagón.

Adrenalina y otras catecolaminas.

Citosinas.

Tiroxina

Enzimas: Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible (ver Energía libre de Gibbs), pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas

 

 

 

-Conceptualización: 

Átomo: El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.

 

 

Molécula: En química, se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentemente que forman un sistema estable y eléctricamente neutro
 

 

Elementos primarios y secundarios: Los elementos se clasifican en: primarios, secundarios: Los primarios son el carbono (C), Hidrógeno (H), el Oxígeno (O) y el Nitrógeno. Todos presentes en las sustancias de naturaleza orgánica. Ellos ocupan el 97 % de abundancia en el organismo. Los secundarios :el Azufre (S), el Fósforo, el Calcio (Ca), el Potasio (K) y el Sodio (Na). Ellos ocupan el 2.6 % de abundancia en el organismo.

 

 

Cuerpo compuesto: Son aquellos que se forman ya sea por la combinación de dos o más cuerpos simples como es el caso del agua que se compone de la combinación del Oxígeno con el Hidrógeno

 símbolo: Un símbolo es la representación perceptible de una idea, con rasgos asociados por una convención socialmente aceptada.

Formula:

*Fórmula química, la representación de los elementos que forman un compuesto o molécula. Puede ser:

*Fórmula empírica, indica el tipo de átomos presentes en un compuesto y la relación entre el número de átomos de cada clase.

*Fórmula molecular, indica el tipo de átomos presente en un compuesto molecular, y el número de átomos de cada clase.

*Fórmula semidesarrollada, similar a la anterior pero indicando los enlaces entre los diferentes grupos de átomos.

*Fórmula desarrollada, similar a la anterior pero indicando todos los enlaces.

*Fórmula estructural, similar a las anteriores pero señalando la geometría de la molécula mediante diagramas en 2D o 3D.

metales: Se llama metales a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

 

Metaloides: Los metaloides o semimetales son elementos químicos que no se pueden clasificar dentro de los metales, ni tampoco dentro de los no metales, porque presentan características de ambos, por ejemplo, los metales son conductores, los no metales son aislantes, mientras que los metaloides son semiconductores, que transmiten la corriente eléctrica en un solo sentido.

Los metaloides que existen son los siguientes:
-Boro
-Silicio
-Germanio
-Arsénico
-Antimonio
-Telurio
-Polonio
- Astato

 

Peso atómico: El peso atómico (También llamado Masa Atómica Relativa) (símbolo: A_r) es una cantidad física adimensional definida como la suma de la cantidad de las masas promedio de los átomos de un elemento (de un origen dado) expresados en Unidad de masa atómica o u.m.a. (es decir, a 1/12 de la masa de un átomo de carbono 12). El concepto se utiliza generalmente sin mayor calificación para referirse al peso atómico estándar, que a intervalos regulares publica la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Se pretende que sean aplicables a materiales de laboratorios normales.

 

 

-Concepto de Fisiología.

La fisiología es la ciencia cuyo objeto de estudio son las funciones de los seres orgánicos. Esta se encarga de estudiar las interacciones de los elementos básicos del ser vivo con su entorno. Y su objetivo es comprender los procesos funcionales de los organismos vivos y todos sus elementos.

-Relación  de la Fisiología y la Bioquímica.

Antes que nada la fisiología estudia las funciones de los seres vivos ,todas son estudiadas, hay varios tipos de funciones que desarrollamos, por ejemplo los procesos neurálgicos, los procesos digestivos, entre otros, entonces se incluyen las funciones y procesos bioquímicos que son las reacciones químicas en el cuerpo como hormonas, enzimas, la respiración y muchas reacciones químicas que suceden en todo momento en nuestro cuerpo son estudiados y relacionados a la fisiología. Un ejemplo de esta relación se da cuando la fisiología estudia el sistema respiratorio, para entenderlo debe conocer los procesos bioquímicos que se dan en el intercambio gaseoso, bueno hay un sin fin de ejemplos para este tema, espero que te sirva.

 

-Importancia de la Bioquímica:

La bioquímica es la rama de la ciencia encargada de estudiar las reacciones químicas que ocurren en los organismos vivos, por lo tanto, nos ayuda a entender los procesos químicos que ocurren tanto en nuestro cuerpo como en el de los demás seres vivos.

Sin la bioquímica, no entenderíamos procesos tan fundamentales e importantes como lo sería: la fotosíntesis, el ADN, la síntesis proteica, la fecundación, ovulación, digestión, metabolismo en general, respiración celular, entre otras.

-Campos de aplicación de la Bioquímica: 

 

La Bioquímica constituye un pilar fundamental de la biotecnología, y se ha consolidado como una disciplina esencial para abordar los grandes problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales como el cambio climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de población mundial, el agotamiento de las reservas de combustible fósil, la aparición de nuevas formas de alergias, el aumento de cáncer, las enfermedades genéticas, la obesidad…

La bioquímica es una ciencia experimental y por ello recurrirá al uso de numerosas técnicas instrumentales propias y de otros campos, pero la base de su desarrollo parte del hecho de que lo que ocurre en vivo a nivel subcelular se mantiene o conserva tras el fraccionamiento subcelular, y a partir de ahí, podemos estudiarlo y extraer conclusiones.

-Datos históricos:

La historia de la bioquímica moderna como tal es relativamente joven; desde el siglo XIX se comenzó a direccionar una buena parte de la biología y la química, a la creación de una nueva disciplina integradora: la química fisiológica o la bioquímica. Pero la aplicación de la bioquímica y su conocimiento, probablemente comenzó hace 5.000 años con la producción de pan usando levaduras en un proceso conocido como fermentación anaeróbica.

Es difícil abordar las historia de la bioquímica, en cuanto que, es una mezcla compleja de química orgánica y biología, y en ocasiones, se hace complicado discernir entre lo exclusivamente biológico y lo exclusivamente químico orgánico y es evidente que la contribución a esta disciplina ha sido muy extensa. Aunque, es cierto, que existen hitos experimentales que son básicos en la bioquímica.

Se suele situar el inicio de la bioquímica con los descubrimientos en 1828 de Friedrich Wöhler que publicó un artículo acerca de la síntesis de urea, probando que los compuestos orgánicos pueden ser creados artificialmente, en contraste con la creencia, comúnmente aceptada durante mucho tiempo, de que la generación de estos compuestos era posible sólo en el interior de los seres vivos.

En 1833, Anselme Payen aísla la primera enzima, la diastasa, aunque se desconno en su alimentación.

A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur, demostró los fenómenos de isomería química existente entre las moléculas de ácido tartárico provenientes de los seres vivos y las sintetizadas químicamente en el laboratorio. También estudió el fenómeno de la fermentación y descubrió que intervenían ciertas levaduras, y por tanto no era exclusivamente un fenómeno químico como se había defendido hasta ahora (entre ellos el propio Liebig), así Pasteur escribió: "la fermentación del alcohol es un acto relacionado con la vida y la organización de las células de las levaduras, y no con la muerte y la putrefacción de las células" 1. Además desarrolló un método de esterilización de la leche, el vino y la cerveza (pasteurización) y contribuyó enormemente a refutar la idea de la generación espontánea de los seres vivos.

En 1878 el fisiólogo Wilhelm Kühne acuñó el término enzima para referirse a los componentes biológicos desconocidos que producían la fermentación. La palabra enzima fue usada después para referirse a sustancias inertes tales como la pepsina.

En 1869 se descubre la nucleína y se observa que es una sustancia muy rica en fósforo. Dos años más tarde, Albrecht Kossel concluye que la nucleína es rica en proteínas y contiene las bases púricas Adenina y Guanina y las pirimidínicas Citosina y Timina. En 1889 se aísla los dos componentes mayoritarios de la nucleína:

-Proteínas (70%) -Sustancia de carácter ácido: ácido nucleicos (30%)

En 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los extractos de levadura para fermentar azúcar a pesar de la ausencia de células vivientes de levadura. En una serie de experimentos en la Universidad Humboldt de Berlín, encontró que el azúcar era fermentado inclusive cuando no había elementos vivos en los cultivos de células de levaduras 2. Llamó a la enzima que causa la fermentación de la sacarosa, “zimasa”. Al demostrar que las enzimas podrían funcionar fuera de una célula viva, el siguiente paso fue demostrar cual era la naturaleza bioquímica de esos biocatalizadores. El debate fue extenso, muchos como el bioquímico alemán Richard Willstätter discernían en que la proteína fuera el catalizador enzimático, hasta que en 1926, James B. Sumner demostró que la enzima ureasa era una proteína pura y la cristalizó. La conclusión de que las proteínas puras podían ser enzimas fue definitivamente probada en torno a 1930 por John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley, quienes trabajaron con diversas enzimas digestivas como la pepsina, la tripsina y la quimotripsina.

En 1903, Mijaíl Tswett, inicia los estudios de cromatografía para separación de pigmentos.

En torno a 1915 Gustav Embden y Otto Meyerhof realizan sus estudios sobre la glucolisis.

En 1920 se descubre que en las células hay DNA y RNA y que difieren en el azúcar que forma parte de su composición: desoxirribosa o ribosa. El DNA reside en el núcleo. Unos años más tarde, se descubre que en los espermatozoides hay fundamentalmente DNA y proteínas, y posteriormente Feulgen descubre que hay ADN en los cromosomas con su tinción específica para este compuesto.

En 1925 Theodor Svedberg demuestra que las proteínas son macromoléculas y desarrolla la técnica de ultracentrifugación analítica.

En 1928, Alexander Fleming descubre la penicilina y desarrolla estudios sobre la lisozima.

Richard Willstätter (entorno 1910) estudia la clorofila y comprueba la similitud que hay con la hemoglobina. Posteriormente Hans Fischer en torno a 1930, investiga la química de las porfirinas de las que derivan la clorofila o el grupo porfirínco de la hemoglobina. Consiguió sintetizar hemina y bilirrubina. Paralelamente Heinrich Otto Wieland formula teorías sobre las deshidrogenaciones y explica la constitución de muchos otros productos de naturaleza compleja, como la pteridina, las hormonas sexuales o los ácidos biliares.

En la década de 1940, Melvin Calvin concluye el estudio del ciclo de Calvin en la fotosíntesis.

En torno a 1945 Gerty Cori, Carl Cori, y Bernardo Houssay completan sus estudios sobre el Ciclo de Cori.

En 1953 James Dewey Watson y Francis Crick, gracias a los estudios previos con cristalografía de rayos X de DNA de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, y los estudios de Erwin Chargaff sobre apareamiento de bases nitrogenadas, deducen la estructura de doble hélice del DNA. En 1957, Matthew Meselson y Franklin Stahl demuestran que la replicación del DNA es semiconservativa.

En la segunda mitad del siglo XX, comienza la auténtica revolución de la bioquímica y la biología molecular moderna especialmente gracias al desarrollo de las técnicas experimentales más básicas como la cromatografía, la centrifugación, la electroforesis, las técnicas radioisotópicas y la microscopía electrónica, y las más complejas técnicas como la cristalografía de rayos X, la resonancia magnética nuclear, la PCR (Kary Mullis), el desarrollo de la inmuno-técnicas…

Desde 1950 a 1975 , se conocen en profundidad y detalle aspectos del metabolismo celular inimaginables hasta ahora (fosforilación oxidativa (Peter Dennis Mitchell), ciclo de la urea y ciclo de Krebs (Hans Adolf Krebs), así como otras rutas metabólicas), se produce toda una revolución en el estudio de los genes y su expresión; se descifra el código genético (Francis Crick, Severo Ochoa, Har Gobind Khorana, Robert W. Holley y Marshall Warren Nirenberg), se descubren las enzimas de restricción (finales de 1960, Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith), la DNA ligasa (en 1972, Mertz y Davis) y finalmente en 1973 Stanley Cohen y Herbert Boyer producen el primer ser vivo recombinante, nace así la ingeniería genética, convertida en una herramienta poderosísima con la que se supera la frontera entre especies y con la que podemos obtener un beneficio hasta ahora impensable…

De 1975 hasta principios del siglo XXI, comienza a secuenciarse el DNA (Allan Maxam, Walter Gilbert y Frederick Sanger), comienzan a crearse las primeras industrias biotecnológicas (Genentech), se aumenta la creación de fármacos y vacunas más eficaces, se eleva el interés por las inmunología y las células madres y se descubre la enzima telomerasa (Elizabeth Blackburn y Carol Greider). En 1989 se utiliza la biorremedicación a gran escala en el derrame del petrolero Exxon Valdez en Alaska. Se clonan los primeros seres vivos, se secuencia el DNA de decenas de especies y se publica el genoma completo del hombre (Craig Venter, Celera Genomics y Proyecto Genoma Humano), se resuelven decenas de miles de estructuras proteicas y se publican en PDB, así como genes, en GenBank. Comienza el desarrollo de la bioinformática y la computación de sistemas complejos, que se constituyen como herramientas muy poderosas en el estudio de los sistemas biológicos. Se crea el primer cromosoma artificial y se logra la primera bacteria con genoma sintético (2007, 2009, Craig Venter). Se fabrican las nucleasas de dedos de Zinc. Se inducen artificialmente células, que inicialmente no eran pluripotenciales, a células madre pluripotenciales (Shin'ya Yamanaka). Comienzan a darse los primeros pasos.

 

 

 

Introducción al estudio de la Bioquímica

Generalidades de la bioquímica:

 -Concepto:

La bioquímica es una ciencia que estudia la composición química de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos (metabolismo) que les permiten obtener energía (catabolismo) y generar biomoléculas propias (anabolismo). La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en general las moléculas biológicas están compuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Es la ciencia que estudia la base química de la vida: las moléculas que componen las células y los tejidos, que catalizan las reacciones químicas del metabolismo celular como la digestión, la fotosíntesis y la inmunidad, entre otras muchas cosas. Podemos entender la bioquímica como una disciplina científica integradora que aborda el estudio de las biomoléculas y biosistemas. Integra de esta forma las leyes químico-físicas y la evolución biológica que afectan a los biosistemas y a sus componentes. Lo hace desde un punto de vista molecular y trata de entender y aplicar su conocimiento a amplios sectores de la Medicina (terapia génica y Biomedicina), la agroalimentación, la farmacología…

La Bioquímica constituye un pilar fundamental de la biotecnología, y se ha consolidado como una disciplina esencial para abordar los grandes problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales como el cambio climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de población mundial, el agotamiento de las reservas de combustible fósil, la aparición de nuevas formas de alergias, el aumento de cáncer, las enfermedades genéticas, la obesidad…

La bioquímica es una ciencia experimental y por ello recurrirá al uso de numerosas técnicas instrumentales propias y de otros campos, pero la base de su desarrollo parte del hecho de que lo que ocurre en vivo a nivel subcelular se mantiene o conserva tras el fraccionamiento subcelular, y a partir de ahí, podemos estudiarlo y extraer conclusiones.
 

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