Unidad N 1: Diseño molecular de la vida

Transcripción

1 Unidad N 1: Diseño molecular de la vida Curso Bioquímica y Fitoquímica Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales UNLP Prof. Titular Sonia Viña

2 Diseño molecular de la vida 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.

3 Diseño molecular de la vida 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?

4 Diseño molecular de la vida 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)

5 Diseño molecular de la vida Características de la materia viva: Los organismos vivos poseen sistemas para la captación, transformación y utilización de la energía del entorno Quimiótrofos Fotótrofos

6 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 millones de células hijas idénticas en 24 horas

7 Diseño molecular de la vida Características de la materia viva: Cada uno de los componentes de un organismo vivo tiene una función específica

8 Diseño molecular de la vida 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

9 Características de la materia viva: Se considera probable que todos los organismos desciendan de una única línea celular primordial. Tienen una historia de cambio evolutivo.

10 Miles de millones de años Diseño molecular de la vida

11 Evolución prebiótica o prebiológica Las primeras biomoléculas aparecieron por evolución química. Año Alexander Oparin propuso una teoría sobre el origen de las primeras moléculas orgánicas en la Tierra. Año Stanley Miller comprobó experimentalmente la posibilidad de producción de biomoléculas en condiciones abióticas.

12 Evolución prebiótica o prebiológica Sopa primordial

13 Evolución prebiótica o prebiológica

14 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. Moléculas informativas por excelencia Diseño molecular de la vida Proteínas: < M r < más de Ácidos nucleicos: M r miles de millones Polisacáridos: M r millones Lípidos: 750 < M r < 1.500

15 Diseño molecular de la vida Moléculas pequeñas: aminoácidos, nucleótidos, azúcares simples y sus derivados fosforilados, ácidos mono, di y tricarboxílicos. Son moléculas polares o presentan cargas iónicas: solubles en H 2 O. Mr: 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.

16 Diseño molecular de la vida Seis de los 20 aminoácidos a partir de los cuales se construyen todas las proteínas Fuente: Nelson y Cox, 2005

17 Diseño molecular de la vida Fuente: Nelson y Cox, 2005

18 Diseño molecular de la vida 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.

19 Diseño molecular de la vida 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

20 Características de las biomoléculas: Diseño molecular de la vida A los esqueletos carbonados se les añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales.

21 Diseño molecular de la vida Presente en el aminoácido arginina Presente en el aminoácido histidina

22 Características de las biomoléculas: Muchas biomoléculas son polifuncionales. Diseño molecular de la vida Fuente: Berg et al., 2008

23 Características de las biomoléculas: La mayoría de las biomoléculas son asimétricas. Diseño molecular de la vida Fuente: Nelson y Cox, 2005

24 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. Fuente: Berg et al., 2008

25 Diseño molecular de la vida En Bioquímica, un concepto muy importante es la estereoespecificidad. Formación de un complejo enzima-sustrato

26 Existe una jerarquía en la estructura celular

27 Composición de la materia viva 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

28 Composición de la materia viva 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 mg/kg (Fe) Vegetales: Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Ni.

29 Composición de la materia viva Supervivencia Letalidad

30 Composición de productos agropecuarios Ternero: peso corporal 75 kg Composición general del cuerpo animal (g/kg de res) Novillo pesado: peso corporal 500 kg

31 Composición de productos agropecuarios

32 Composición de productos agropecuarios 15% Pastura Alfalfa Repollo Papa Porotos Granos Rastrojo Heno

33 Composición de productos agropecuarios

34 En resumen Diseño molecular de la vida 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. Aplicaciones de la Bioquímica: en medicina veterinaria, fitopatología y terapéutica vegetal, microbiología agrícola, fisiología vegetal, en producción agrícola, ganadera, forestal y en diversas agroindustrias.

35 Bibliografía: - Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Stryer, L Bioquímica Sexta Edición. Editorial Reverté. Barcelona. España. - Boyer, R Conceptos de Bioquímica. Ed. Internacional. Thomson. México. - Campbell, M. K., Farrell, S. O Bioquímica. Cuarta Edición. International Thomson Editores, S. A. de C. V. México. - Curtis, H., Barnes, N. S., Schnek, A., Massarini, A Curtis Biología. 7 ma edición en español. Editorial Médica Panamericana. Bs. As. Argentina. - Nelson, D. L., Cox, M. M Lehninger Principios de Bioquímica. Cuarta Edición. Ediciones Omega., S. A. Barcelona. España. - Voet, D., Voet, J. G., Pratt, C. W John Wiley & Sons, Inc. USA.