UNIDAD1 BIOQUIMICA

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON
FACULTAD DE MEDICINA “DR. AURELIO MELEAN”
PROGRAMA DE LICENCIATURA
EN NUTRICION Y DIETETICA
BIOMIMICA
Miriam Rosario Arnéz Camacho
Unidad I
La Bioquímica y su relación con otras
ciencias
1. Introducción
1.1. Concepto de Bioquímica
2. Objetivo
3. Procesos químicos y la materia viva
4. División de estudio de la Bioquímica
5. Bioquímica y su relación con otras ciencias
5.1. Bioquímica como disciplina y ciencia
interdisciplinar
6. Base Bioquímica de Salud y enfermedad
7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual
1. Introducción
La Bioquímica “Química de la vida”, es la
ciencia que se ocupa del estudio de las
diversas moléculas o constituyentes
químicos que se encuentran presentes en
las células y organismos vivos, y de las
reacciones químicas que ocurren en
ellas.
2. Objetivo
Pretende describir y explicar la
estructura,
la
composición,
la
organización,
los
procesos
o
reacciones químicas, así como también
la regulación metabólica y las
funciones de la materia viva en
términos moleculares.
Para lograr este objetivo los bioquímicos han
necesitado:
• Aislar las numerosas moléculas o constituyentes de
que se componen las células
• Determinar su estructura química
• Analizar la forma en la que funcionan y como se
organizan para su nueva creación
• Intentar comprender la forma como comienza la vida
•
• La bioquímica abarca la biología celular y la
genética para dar lugar a una verdadera
biología molecular, que es el objeto de la
bioquímica actual.
3.
Procesos químicos y
la materia viva
Donde hay vida ocurren los procesos químicos
…. ¿ Y donde se estudian los procesos
químicos?
En las células
•
•
•
•
•
Microorganismos
Vegetales
Insectos
Peces
aves
• Mamíferos inferiores
• Mamíferos superiores
• Seres humamos
(Interés de estudio
de las Ciencias
Médicas)
LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR
EN EL MUNDO BIOLÓGICO
• Todas las formas de
vida desde la célula
bacteriana más
pequeña hasta el ser
humano, están
formadas por los
mismos elementos
químicos, que se
utilizan para elaborar
los mismos tipos de
moléculas.
LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES
SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO
• La continuidad de procesos bioquímicos
refleja el origen evolutivo común de todas
las células y organismos.
Los estudios de estequiometria, del
mecanismo de reacciones químicas y
de los principios básicos de la
termodinámica,
han
contribuido
favorablemente en la comprensión y
estudio de la Bioquímica.
Estudios que son importantes para
comprender:
• De que manera las
plantas obtienen
energía de la luz
del sol .
Estudios que son importantes
para comprender: • Como obtienen los
animales y el
hombre la energía
a través de los
alimentos…
El conocimiento de la Bioquímica
permite al estudiante del área de la
salud a enfrentarse en la práctica y la
investigación.
• Permite comprender y preservar la salud
• Apreciar y seguir un tratamiento eficaz
en la enfermedad
Sin embargo, es necesario plantearse
las siguientes preguntas.
• ¿Cuales son las estructuras químicas
de los componentes de la materia viva?
• ¿De que forma interactúan estos
componentes para dar origen a
estructuras
supra
moleculares
organizadas?
¿Células
tejidos
multicelulares y organismos?
• ¿Cómo extrae energía de su entorno la materia
viva para mantener su existencia?
• ¿De que manera almacena y transmite un
organismo la información que necesita para
crecer y reproducirse de forma exacta?
• ¿Qué cambios químicos acompañan
a la
reproducción, al envejecimiento y la muerte de
las células y los organismos?
• ¿Como se controlan las reacciones químicas
en el interior de las células?
La búsqueda de las respuestas es el estudio
de la química de la vida.
4. División de estudio de la Bioquímica
• Química estructural
•
•
Estudia los componentes estructurales de la
materia viva y la relación con la estructura
química.
Metabolismo **
Estudia la totalidad de las reacciones químicas
que se producen en la materia viva.
Química de los procesos y las sustancias que
almacenan y transmiten la información biológica.
Incluye el área de la genética molecular que
pretende conocer la herencia y la expresión de la
información genética en términos moleculares.
4. División de estudio de la Bioquímica
Metabolismo **
Estos complejos procesos interrelacionados son la
base de la vida a escala molecular, y permiten las
diversas actividades de las células.
• Crecer y reproducirse
• Mantener sus estructuras
• Responder a estímulos
El metabolismo se
conjugados:
• Catabolismo
• Anabolismo
divide
en
dos
procesos
4. División de estudio de la Bioquímica
Metabolismo **
Reacciones catabólicas
 Liberan energía ejemplo la Glicolisis,
degradación de la glucosa con liberación de
la energía retenida en sus enlaces químicos.
Reacciones anabólicas
 Utilizan energía liberada para recomponer
enlaces químicos y construir componentes
de las células como proteínas y ácidos
nucleicos.
4. División de estudio de la
Bioquímica
Metabolismo **
El anabolismo y catabolismo son
procesos acoplados, que hacen al
metabolismo un conjunto, puesto
que cada uno depende del otro
GLUCOLISIS
• La glucolisis o ruta de Embden-Meyerhof,
ocurre en el citosol de la célula.
• No necesita oxígeno para su realización y
se trata simplemente de una secuencia de
nueve etapas.
• En esta ruta; una molécula de glucosa se
transforma en dos moléculas de ácido
pirúvico.
GLUCOLISIS
• Se produce en todas las células vivas, desde
procariotas hasta eucariotas animales y vegetales.
• Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP
para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se
producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo
que el balance final es de:
2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2
ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua
GLUCOLISIS
•.
¿Qué es el ciclo de Krebs?
5. BIOQUIMICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS
CIENCIAS
BIOQUÍMICA COMO DISCIPLINA Y CIENCIA
INTERDICIPLINAR
Extrae sus principales temas y guarda relación
con:
• Química orgánica
Por que describe las propiedades químicas de las
biomoléculas.
• Biofísica
Aplica técnicas de la física al estudio de las
estructuras moleculares.
• Investigación médica
Intenta
comprender
los
estados
patológicos en términos moleculares.
• Fisiología
Que investiga los procesos de la vida a
nivel celular y del organismo (Función
corporal).
• Biología celular
Que describe la división de bioquímica del
trabajo en el interior de una célula.
• Genética
Describe el mecanismo que da
a una
determinada célula u organismo su identidad
bioquímica.
Los estudios genéticos han dilucidado numerosas
áreas bioquímicas. Los fundamentos de genética
se apoyan en la bioquímica, un ejemplo el estudio
de los ácidos nucleídos .
• Inmunología
Utiliza numerosas técnicas bioquímicas y
numerosas aspectos inmunológicos han
encontrado uso extenso entre bioquímicos.
• Microbiología
Ha
demostrado
que
los
organismos
unicelulares y los virus son apropiados para la
determinación de muchas rutas metabólicas y
mecanismos de regulación.
• Nutrición
“La nutrición es la composición y la
cantidad de la ingesta de alimentos y la
utilización de estos alimentos por los
organismos vivos”,
y el proceso de
utilización de los alimentos es bioquímico
(Devlin)
La bioquímica aclara y permite mayor
comprensión del proceso metabólico mediante
la descripción de necesidades alimentarías
(nutrición) para el mantenimiento de la salud.
• Farmacología y farmacia
Se apoyan en un conocimiento
de bioquímica y fisiología.
sólido
La mayor parte de los fármacos son
metabolizados por reacciones catalizadas por
enzimas y las complejas interacciones entre
fármacos y fármaco nutrientes se comprender
mejor desde un punto de vista bioquímico.
• Toxicología
Los tóxicos o venenos actúan por medio
de reacciones o procesos bioquímicos.
• Patología
Enfoques bioquímicos se emplean cada
vez más en el estudio de aspectos básicos
de patología “estudio de la enfermedad”
•
Inflamación
• Lesión celular
• Cáncer
La Bioquímica es también una disciplina
diferenciada con su propia identidad
“El estudio de la bioquímica ayuda a
entender como funciona el organismo a
modo de un sistema químico”
La Bioquímica es también una disciplina
diferenciada con su propia identidad
La bioquímica estudia:
 Las
estructuras
químicas
y
composición de las diversas moléculas
que
componen
las
células,
los
organismos vivos y sus reacciones
químicas.
La Bioquímica es también una disciplina
diferenciada con su propia identidad
Las enzimas, coenzimas y la catálisis
biológica.
Las rutas metabólicas y el control de las
mismas.
Las hormonas que regulan las diferentes vías
del metabolismo.
Todos los procesos vitales
que se
comprenden mejor con el estudio de las leyes
químicas y la existencia de una alteración o
enfermedad en términos moleculares .
Los procesos bioquímicos normales son
la base de la salud
• “La salud es un estado de completo bien
estar físico, mental y social y no únicamente
la ausencia de enfermedad o dolencia”
(OMS).
• Dentro el equilibrio de los factores físicos,
psicológicos y sociales se incluye además
(Según la OPS) los factores medioambientales
Los procesos bioquímicos normales
son la base de la salud
• Desde un punto de vista bioquímico
estricto, puede considerarse a la salud
como esa situación donde miles de
reacciones intra y extracelulares que
ocurren en el cuerpo proceden a
velocidades
adecuadas
a
su
supervivencia máxima en el estado
fisiológico (Devlin).
Componentes de la salud
según la OMS
1. Estado de adaptación al medio: El estado
de medio ambiente no es solo de naturaleza
físico-química o biológica, sino que contempla los
llamados factores socioculturales, que son
aquellos creados por el hombre con un fin
determinado.
2. Estado variable fisiológico de equilibrio y
adaptación.
Componentes de la salud según
la OMS:
3. Equilibrio relativo entre la forma y función del
organismo: En el equilibrio entre la forma y
función del organismo se refiere a cómo influyen
en las personas los alimentos y los gérmenes.
4. Concepto relativo según la perspectiva
biológica, ecológica y social: En este punto
entran las buenas o malas relaciones familiares y
laborales, al igual que los hábitos, las
costumbres y las creencias.
Relación de los componentes
según la salud
Las relaciones de los componentes de la salud
según la OMS se basan en la prevención de
enfermedades como por ejemplo:
•
•
•
•
•
•
•
Paludismo
Enfermedad maternoinfantil
Tuberculosis
Enfermedades de transmisión sexual
Enfermedades relacionadas con la nutrición
El sanamiento ambiental
Problemas sanitarios: VIH.
Relación de los componentes
según la salud
Triada ecológica:
• El proceso Salud Enfermedad, es un
proceso dinámico, dado que se da una
fluctuación constante entre el estado de salud
y la aparición de signos y síntomas, es decir,
de enfermedad.
• El pasaje de un estado a otro, se debe a la
ruptura del equilibrio existente entre los tres
elementos responsables del estado de salud,
que componen la triada ecológica.
Relación de los componentes
según la salud
Componentes de Triada ecológica:
• Agente: Es el factor que proviene del
ambiente o del propio individuo, por alteración,
presencia o ausencia, se constituye en
responsable de la presentación de la
enfermedad.
• Huésped: Así se denomina al individuo que
aloja al agente y que por sus características
biológicas, facilita el desarrollo de la
enfermedad.
Relación de los componentes
según la salud
Componentes de Triada ecológica:
Enfermedad o dolencia
La salud depende del equilibrio
armónico
de
las
reacciones
bioquímicas que ocurren en el
cuerpo, y la enfermedad o dolencia
refleja
anomalías
en
las
biomoléculas, alteración de enzimas,
hormonas, reacciones bioquímicas o
procesos biológicos.
La Investigación Bioquímica tiene impacto
en la Nutrición y Medicina Preventiva
Objetivos
• Conservar la salud de la población
• Prevenir enfermedades
• Mejorar los hábitos alimentarios
Requisito
• Ingestión optima de cierto número de
compuestos químicos.
Vitaminas
Varios aminoácidos
Ácidos grasos
Minerales
Proteínas
Glúcidos
Fibra
Agua
“Proteger, promover y restaurar la salud de la personas, mediante
acciones colectivas es el resultado del esfuerzo organizado por la
sociedad”
Vida
Alimentación
S
A
L
U
D
6. Base Bioquímica de salud y
enfermedad
Todas las enfermedades tienen una base
bioquímica
• Las enfermedades son manifestaciones
de anormalidades de moléculas y de
reacciones bioquímicas o procesos.
• Los estudios bioquímicos contribuyen al
diagnóstico, pronóstico y tratamiento de
una enfermedad.
Todas las enfermedades tienen una base
bioquímica
• La cantidad
y la composición de los
alimentos (combustible) que se consume es
extraordinariamente importante.
• Los seres humanos deben ingerir cierto
número de moléculas orgánicas complejas
“alimentos-nutrientes” para conservar la
salud.
• Los estudios de bioquímica permiten entender
las relaciones existentes entre los nutrientes,
el metabolismo, la salud y la enfermedad.
1. Las
vitaminas
se convierten en el
organismo en moléculas complejas llamadas
“coenzimas” que desempeñan función clave
en
las
reacciones
celulares.
Si en la dieta existe deficiencia de vitaminas
puede originar las siguientes enfermedades:
• Escorbuto por deficiencia de vitamina C
• Raquitismo por deficiencia de vitamina D
• Xeroftalmia por deficiencia de vitamina A
Tratamiento: Administración de la vitamina
apropiada
2. Numerosos vegetales en África son
deficientes en uno o más aminoácidos
esenciales
• Caso que Origina desnutrición debilitante
“Kwashiorkor” en personas que dependen
de esos vegetales como fuente principal de
proteína.
Tratamiento: Consumo de alimentos
balanceados que contengan
cantidad suficiente de todos
los aminoácidos esenciales.
3. Los esquimales de Inuit de Groenlandia
consumen abundante cantidad de aceite de
pescados ricos en ciertos ácidos grasos
poliinsaturados AGPI
En este caso, las personas tenían:
• baja concentración plasmática de colesterol
• baja frecuencia de ateroesclerosis
En consecuencia se estimula el interés por el
consumo de alimentos ricos en AGPI.
Desequilibrio
nutricional
Enfermedad
por deficiencia
Vitamínica
• Raquitismo
• Escorbuto
• Xeroftalmia
Deficiencia de
Aminoácidos
• Kwashorkor
Arteroesclerosis
(Genético)
4. Fenilcetonuria PKU
• Trastorno genético
• Existe escasa o nula actividad de una enzima del
metabolismo
hidroxilasa”
de
los
aminoácidos
“fenilalanina
• Origina retraso mental en la infancia si no se trata a
tiempo
• Exige diagnóstico de laboratorio selectivo
Fenilalanina + enzima Fenilalanina hidroxilasa
Fenilalanina +
?
=> Tirosina
= Fenilcetonas y otros metabolitos
(fenil-piruvato, fenil-lactato,
fenil-acetato)
se acumulan y lesionan tejidos del
SNC en desarrollo
La Fenil cetonuria es una enfermedad
infantil metabólica progresiva de
origen genético
4. Fenilcetonuria PKU
• La PKU
clásica es una deficiencia
autosómica recesiva de la
fenilalanina
hidroxilasa, se describen mas de 170
mutaciones en el gen.
Prevención: El retraso mental
puede
evitarse si:
• Los lactantes reciben un dieta sintética baja
en fenilalanina pero que incluya tirosina
durante 4 a 5 años.
• Restricción de proteínas en la dieta por
varios años o de por vida.
5. Fibrosis quística
Enfermedad genética común de las glándulas
exocrinas y sudoríparas
•
•
•
•
Síntomas
Producción anormal de secreción viscosa
Obstrucción de los conductos del páncreas y
bronquiolos
Elevada concentración de cloruros en el sudor
Mueren a temprana edad por infecciones
pulmonares
Causa
70 % de los pacientes presentan omisión de tres
bases en el DNA.
En la proteína transmembrana existe ausencia del
aminoácido 508.
FIBROSIS QUISTICA
–TRANSTORNO HEREDITARIO- CONGESTION PULMONAR
- INFECCION Y MALA ABSORCION DE NUTRIENTES POR
EL PANCREAS
6. Cólera
El estudio del mecanismo de acción
producida por la toxina bacteriana que
causa el cólera ha proporciona información
importante sobre las manifestaciones
clínicas de la enfermedad.
6. Cólera
Infección intestinal aguda causada por la ingestión de
alimentos
o
aguas
contaminadas
por
la
bacteria ”Vibrio cholerae” (bacilo Gram negativo)
Tiene un periodo de incubación corto, entre menos de
un día y cinco días, y la bacteria produce una
enterotoxina que causa los síntomas de la
enfermedad
Síntomas
• Diarrea copiosa inholora y acuosa
• Perdida de sal y agua
• Deshidratación grave y puede causar la
muerte si no se trata prontamente
• Puede producir vómitos
Ciclo de contaminación
del cólera
La enterotoxina producida por
la bacteria origina la secreción de
fluidos y electrolitos a nivel del
intestino delgado.
El Vibrio cholerae se adhiere a
receptores celulares específicos
presentes en la superficie de las
células intestinales.
Finalmente induce un bloqueo
para la absorción de sodio y
cloro por la vellosidad y
promueve la secreción de cloro y
agua por las células de las criptas
intestinales.
7. Paludismo o Malaria
• Enfermedad producida por un parásito (protozoo) del
género Plasmodium que es transmitido por la
picadura de las hembras del mosquito anófeles
(Género Anopheles).
• Los
mosquitos pueden desarrollar resistencia
bioquímica a la acción de los insecticidas.
8. Hipercolesterolemia Familiar
• Enfermedad hereditaria autonómica dominante por
un defecto en el cromosoma 19
• Origina ateroesclerosis grave a temprana edad
• Las células son incapaces de absorver el LDL, por un
•
•
defecto en la producción de receptores (LDL-r)
La LDL (lipoproteina de baja densidad) se acumula en la
sangre, existe un incremento de colesterol
El incremento de estas sustancias favorece la
generación de una placa aterosclerótica
• Enfermedad que se explica por el conocimiento de
receptores celulares y de los mecanismos de
captación de colesterol por las células
9. Oncógenos en las células cancerígenas
• Conducen al estudio de mecanismos moleculares
que intervienen en el control de la multiplicación
celular
Investigaciones bioquímicas en relación
con las enfermedades
Objetivo
• Demostrar sus causas
• Sugerir tratamientos
adecuados
y
eficaces
• Realizar pruebas selectivas para el
diagnóstico temprano
• Colaborar en la vigilancia del progreso de
la enfermedad
• Ayudar a valorar la respuesta al
tratamiento
Principales causas de enfermedad
Influencia de mecanismos bioquímicos
en la célula o en el cuerpo
1. Agentes físicos
•
•
•
•
Traumatismo mecánico
Temperaturas extremas
Radiación
Choque eléctrico
2. Agentes químicos y
fármacos
• Compuestos tóxicos
• Agentes terapéuticos
3. Agentes biológicos
•
•
•
•
•
Virus
Bacterias
Ricketzias
Hongos
Parásitos
4. Ausencia de oxígeno
• Falta de suministro sanguíneo
• Envenenamiento de las
enzimas oxidativas
Principales causas de enfermedad
Influencia de mecanismos bioquímicos en la
célula o en el cuerpo
5. Genética
7. Desequilibrio
nutricional
• Alteraciones congénitas
• Alteraciones
• Deficiencia de nutrientes
moleculares
• Exceso de alimentos
6. Reacciones
inmunológicas
• Anafilaxis
• Enfermedad
autoinmonológica
8. Desequilibrio
endocrino
• Deficiencias o excesos
hormonales
Proteínas
Ácidos
nucleicos
Arteroesclerosis
Nutrición
Bioquímica
Salud
Medicina
HIDRATOS
DE
CARBONO
(GLUCIDOS)
Diabetes
Enfermedades
Genéticas
Lípidos
Anemia
Célula
falciformes
Enfermedad
Genética
MEDICINA
BIOQUÍMICA
Nutrición
7. Desarrollo de la Bioquímica y
situación actual
Referencia Bibliográfica
• Murray, Granner, Rodwell. Harper Bioquímica Ilustrada. Editorial.
•
•
•
•
•
•
•
El Manual Moderno S.A. 17 a. edición. 2007.
Hernandez
Angel G, Sanchez de Medina Contreras Fermin,
Funciones y metabolismo de los nutrientes, 2010.
Lehninger, A. Principios de Bioquímica. Editado por W. Freman.
Tercera Edición. 2006.
Thomas M. Devlin, Ph.D. Bioquímica. Editorial Reverté, S.A. 2004.
Baynes John W., Dominiczack Marek H., Bioquímica Médica. 2da.
Edición. 2007.
Eróstegui C., Zalles L, Dávalos R, Gamarra M. Solano M, Bioquímica,
UMSS Facultad de Medicna, 2009.
Stryer, Lubert. Bioquímica. Editoril Reverté S.A. Tomo I. 1993
Lecturas recomedadas Págs., Web –Internet.
(rosarioarnezc.jimdo.com).