Unidad N° 1:
Diseño molecular de la vida
Curso Bioquímica y Fitoquímica
Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales
UNLP
¿Cuál es el objeto de estudio de la Bioquímica?
La Bioquímica describe, en términos moleculares,
las estructuras, mecanismos y procesos químicos
compartidos por todos los organismos vivos.
Temas de interés para la Bioquímica:
- ¿Cuál es la estructura química y tridimensional de las moléculas biológicas?
- ¿Cómo interactúan unas con otras las moléculas biológicas?
- ¿Cómo las células sintetizan y degradan a las diferentes moléculas biológicas?
- ¿Cómo las células conservan y utilizan la energía?
- ¿Cuáles son los mecanismos para la organización y la
coordinación de la actividad de las moléculas biológicas?
- ¿Cómo se almacena, se transmite y se expresa la
información genética?
Características de la materia viva:
Los organismos vivos muestran un elevado grado de
complejidad química y estructural y un alto nivel de
organización Corte transversal de una hoja de sorgo (planta C4)
Características de la materia viva:
Los organismos vivos poseen sistemas para la captación, transformación y utilización de la energía del entorno
Fotótrofos
Quimiótrofos Diseño molecular de la vida
Características de la materia viva:
Los organismos vivos tienen la capacidad para
autorreplicarse y autoensamblarse
Ej.: Una única célula bacteriana colocada en un medio nutritivo estéril puede generar 1.000 millones de células “hijas” idénticas en 24 horas
Características de la materia viva:
Cada uno de los componentes de un organismo vivo tiene una función específica
Características de la materia viva:
Los organismos vivos poseen mecanismos para detectar y responder a las modificaciones del entorno
Luz
unidireccional
Fototropismo positivo en
plántulas de poroto
Características de la materia viva:
Se considera probable que todos los organismos desciendan de una única línea celular primordial. Tienen una historia de
Miles de millones de años
Evolución prebiótica o prebiológica
Las primeras biomoléculas aparecieron por
evolución
química
.
Año 1922. Alexander Oparin propuso una teoría sobre el
origen de las primeras moléculas orgánicas en la Tierra.
Año 1953. Stanley Miller comprobó experimentalmente la
posibilidad de producción de biomoléculas en condiciones
abióticas.
Evolución prebiótica o prebiológica
“Sopa” primordial
Biomoléculas: compuestos orgánicos a partir de los que se construyen los organismos vivos, productos de la actividad biológica.
Macromoléculas: polímeros de alta masa molecular, construidos a partir de precursores relativamente simples que se unen entre sí a través de enlaces covalentes.
Proteínas: 5.000 < Mr < más de 1.000.000 Ácidos nucleicos: Mr ≅ miles de millones Polisacáridos: Mr ≅ millones
Lípidos: 750 < Mr < 1.500 Moléculas
informativas por excelencia
Moléculas pequeñas: aminoácidos, nucleótidos, azúcares simples y sus derivados fosforilados, ácidos mono, di y tricarboxílicos. Son moléculas polares o presentan cargas iónicas: solubles en H2O. Mr: 100-500. Generalmente cumplen más de una función en la célula. Concentración en el medio celular: µM o mM.
Metabolitos secundarios: biomoléculas de pequeña Mr que son específicas para ciertos tipos de células u organismos.
Definición de metaboloma: Conjunto de pequeñas moléculas de una célula determinada.
Seis de los 20 aminoácidos a partir de los cuales se construyen todas las proteínas
Fuente: Nelson y Cox, 2005
Fuente: Nelson y Cox, 2005
Las relativamente pocas clases de unidades
sillares
(aminoácidos,
azúcares
simples,
nucleótidos, ácidos grasos) que forman las
macromoléculas son idénticas en todas las
especies, ya sean microorganismos, plantas o
animales. Este hecho sugiere con fuerza que
todos los organismos vivos descienden de un
antecesor común.
Características de las biomoléculas:
La mayor parte de los constituyentes moleculares de los sistemas vivos se componen de átomos de C unidos covalentemente con otros átomos de C, H, O y N
Características de las biomoléculas:
A los esqueletos carbonados se les añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales.Presente en el aminoácido arginina Presente en el aminoácido histidina Diseño molecular de la vida
Diseño molecular de la vida
Características de las biomoléculas:
Muchas biomoléculas son polifuncionales.Diseño molecular de la vida
Fuente: Nelson y Cox, 2005
Características de las biomoléculas:
Diseño molecular de la vida
Para comprender las propiedades y funciones de las biomoléculas es importante conocer la distribución de sus átomos en el espacio tridimensional.Formación de un complejo enzima-sustrato
En Bioquímica, un concepto muy importante es la estereoespecificidad. Diseño molecular de la vida
La materia viva está compuesta por un número relativamente pequeño de elementos: C, N, O, H, Ca, P, K y S representan alrededor del 99% del peso seco de los organismos vivos.
Fuente: Nelson y Cox, 2005
Además de C, H, O y N, los organismos vivos requieren otros elementos en relativamente grandes cantidades: bioelementos mayoritarios (macronutrientes).
Animales: P, K, Ca, Mg, S, Cl, Na. Cantidades: 0,4 g/kg (Mg) a 15 g/kg (Ca)
Vegetales: P, K, Ca, Mg, S.
Los elementos restantes son los denominados bioelementos minoritarios, oligoelementos o elementos traza.
Animales: Co, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn, F, [Ni, Cr, V]. Cantidades: 0,02-0,1 mg/kg (Co) a 20-80 mg/kg (Fe)
Vegetales: Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Ni.
S upervi ve nc ia Let al id ad
Ternero: peso corporal 75 kg Novillo pesado: peso corporal 500 kg
Composición
general del
cuerpo animal
(g/kg de res)
Pastura Alfalfa Repollo Papa Porotos Granos Rastrojo Heno
15%
En resumen …
La vida se basa en las propiedades de los átomos y las
moléculas y está regulada por los mismos principios de
la física y la química que toda la materia. Las
propiedades de las células y sus orgánulos son
consecuencia directa de la actividad de las moléculas
que los forman.
Diseño molecular de la vida
Aplicaciones de la Bioquímica: en medicina veterinaria,
fitopatología y terapéutica vegetal, microbiología
agrícola, fisiología vegetal, en producción agrícola,
ganadera, forestal y en diversas agroindustrias.
Bibliografía:
- Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Stryer, L. 2008. Bioquímica Sexta Edición. Editorial Reverté. Barcelona. España.
- Boyer, R. 2000. Conceptos de Bioquímica. Ed. Internacional. Thomson. México.
- Campbell, M. K., Farrell, S. O. 2004. Bioquímica. Cuarta Edición. International Thomson Editores, S. A. de C. V. México. - Curtis, H., Barnes, N. S., Schnek, A., Massarini, A. 2008. Curtis Biología. 7ma edición en español. Editorial Médica Panamericana. Bs. As. Argentina.
- Nelson, D. L., Cox, M. M. 2005. Lehninger Principios de Bioquímica. Cuarta Edición. Ediciones Omega., S. A. Barcelona. España.
- Voet, D., Voet, J. G., Pratt, C. W. 1999. John Wiley & Sons, Inc. USA.