TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE LA CUENCA DEL PAPALOAPAN

BIOQUÍMICA

1.1. AGUA
M. C. JOSÉ ALFREDO GARCIDUEÑAS PAZ

San Bartolo Tuxtepec, Oax. Febrero de 2019

 BIOQUÍMICA
Es la ciencia que se ocupa del
estudio de las diversas
moléculas, reacciones químicas
y procesos que ocurren en las
células y microorganismos
vivientes.

La Bioquímica es la ciencia que estudia los seres

vivos a nivel molecular mediante técnicas y
métodos físicos, químicos y biológicos
 Bioquímica descriptiva: estudia cada uno de
los constituyentes de los seres vivos, para lo cual
exige identificación, separación y purificación,
determinación de estructuras y propiedades.
Bioquímica dinámica: se ocupa de las reacciones
químicas que acontecen en los sistemas
biológicos, estudio del metabolismo.

Objetivos: Comprensión integral, a nivel

molecular, de todos los procesos químicos
relacionados con las células vivas.
 Importancia de la Bioquímica
en las ciencias de la salud
Raíces
Relación con otras ciencias:
* Acidos nucleicos- Genética
* Función corporal- Fisiología
* Técnicas bioquímicas y planteamiento inmunológicos-Inmunología
* Metabolismo de drogas (reacción enzimática)- Farmacología
* Venenos que alteran reacciones o procesos bioquímicos-
Toxicología
* Inflamación, lesión celular, cáncer- Patología
* Planteamientos bioquímicos- Zoólogos y Botánicos

Terminología científica
 Importancia de la Bioquímica en las
Ciencias de la Salud
Todas las enfermedades (excepto las Los modernos métodos de diagnóstico y
traumáticas), tienen un componente las nuevas terapias han sentado las
molecular.
bases de la Patología Molecular.

Ejemplos de enfermedades Diagnóstico

Moleculares • Modificaciones del pH de fluídos
biológicos (orina y sangre) reflejo de
• Enfermedades de origen
una patología.
hereditario (hemofilia, anemias
hemolíticas). • Detección de microorganismos
• Grandes enfermedades somáticas (bacterias y virus) mediante ensayos
(diabetes, cáncer). enzimáticos, moleculares (proteínas y
• Enfermedades de etiología AN) e inmunológicos (anticuerpos)
exógena (infecciones, déficits de • Prevención y diagnóstico de
vitaminas). malformaciones congénitas por análisis
• Enfermedades neurológicas de células fetales.
(esquizofrenia, enfermedades • Detección de marcadores de células
neurodegenerativas) tumorales.
 Métodos de estudio en Bioquímica
Utiliza leyes de Física, Química General, Mineral y Orgánica.

1° In vitro -> se integran s/células, órganos; y, por último,

se desarrollan in vivo.
Análisis:
Cualitativo con técnicas de preparación y purificación y
métodos de determinación de estructuras.
Cuantitativo con técnicas de valoración y estudio del
metabolismo en animales, a veces en el hombre o las que
intentan reconstituir in vitro los fenómenos que se producen in
vivo.
 Técnicas más utilizadas en la
investigación Bioquímica
• Técnicas de separación: electroforesis,
cromatografía.
• Técnicas analíticas: espectrometría,
fluorimetría, difracción de rayos X,
resonancia magnética nuclear (RMN),
dicroísmo circular.
 Centrifugación
Centrifugación en
diferencial.
gradiente de
sucrosa.

Tejido
Homogen.

Pellet:
Céls,Núcle
os, citoesq.,
membr.
Pellet:
Mitoc.,
lisosomas, Sobrenadante:
peroxisomas Proteínas solubles.
Pellet:
Micros,
fragm.
RE,
vesíc. Pellet: Ribosomas y
Macromoléc.
 Niveles de organización Sistema
(aparato digestivo)
de la materia: desde
átomos hasta órganos y Órgano

sistemas.
(hígado)

Tejido
(Tejido
hepático)

Célula

Organización (hepatocito)

Jerárquica de Orgánulo
(núcleo)

Organismos
Multicelulares Molécula
(DNA)

Átomo
(carbono)
BIOELEMENTOS ó ELEMENTOS BIOGENÉTICOS

y
BIOMOLÉCULAS
 CLASIFICACIÓN DE BIOELEMENTOS

PRIMARIOS SECUNDARIOS OLIGOELEMENTOS

(% del PC) (% del PC) (% del PC)
O 65 K 0,30 F 0,001
C 18 S 0,25 Cu 0,0002
H 10 Na 0,20 I 0,00004
N 3 Cl 0,15 Mn 0,00003
Ca 1,5 Mg 0,05 Zn vestigios

P 1 Fe 0,005 Co vestigios

TOTAL 98,50 TOTAL 0,955 Mo vestigios

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de 70

elementos químicos, pero no todos, solo unos ±20-30 son
indispensables y comunes a todos los seres.
 Composición de los seres vivos
• Solamente unos 30 elementos químicos de los 90
presentes en la naturaleza son esenciales para los
seres vivos
• La mayoría tienen un número atómico bajo, por debajo
de 34.
• Los más abundantes son: H, O, C, N (estos 4
constituyen más del 99% de la masa celular), P, S, Na,
K, Cl.
• Oligoelementos: Fe, Mn, Mg, Zn, Mo, Se, etc.
Imprescindibles para la actividad de ciertas proteínas.
Átomos (O, H, N, C, S, P)

Moléculas (O2, H2O, CO2, CH4, C6H12O6)

Célula AQUÍ COMIENZA LA VIDA

 Biomoléculas inorgánicas:
*El agua «Sin agua no hay vida»
*Sólidos minerales: fosfato de calcio
insolubles (formación de tejidos duros
huesos y dientes)
*Iones (disueltos en líquidos corporales y
protoplasma celular) esenciales para
funciones vitales
 Biomoléculas Orgánicas

• La mayoría son compuestos orgánicos

(esqueleto carbonado).
• Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas
y circulares.
• Al esqueleto carbonado se le añaden grupos de
otros átomos, llamados grupos funcionales.
• Las propiedades químicas vienen determinadas
por los grupos funcionales.
 Biomoléculas Orgánicas
• Los C pueden formar cadenas lineales, ramificadas
y ciclos.

• La mayoría de la biomoléculas son compuestos

orgánicos (esqueleto carbonado).

Ej. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos

nucleicos

• Hidroxilo • Al esqueleto carbonado se le añaden grupos

• Carbonilo
• Carboxilo de otros átomos, llamados grupos funcionales.
• Amino • Los grupos funcionales determinan las
• Sulfhidrilo
• Fosfato propiedades químicas.
 Niveles de complejidad de las
biomoléculas orgánicas
• Moléculas sencillas: metabolitos y unidades
estructurales (glucosa, piruvato, ácidos grasos).

• Macromoléculas: ácidos nucleicos, lípidos, proteínas,

polisacáridos
 Biomoléculas Las biomoléculas son las que
naturalmente se encuentran en los
sistemas biológicos donde cumplen
funciones específicas. Entre ellas:

•H2O
•Nucleótidos y ácidos nucleicos.
•Proteínas
•Fosfatos, bicarbonato, nitratos, ácidos
•Lípidos orgánicos.
•Gases como CO2 y O2.
•Glúcidos
 Jerarquía en la
Estructura Celular
Célula procariota

Célula eucariota animal

Célula eucariota vegetal

 Comparación:
Diferencias entre células procariotas y eucariotas

Células procariotas Células eucariotas

Tamaño 0,2- 5 µm de diámetro 10-50 µm diámetro

Compartimentalización No Si, con varios tipos de

interna organelas
Localización del ADN Libre en citoplasma En núcleo, con
como nucloide proteínas formando
cromosomas
Mecanismo de División simple, tras Mitosis en células
replicación replicación ADN somáticas, meiosis en
gametos
Sustratos Simples (CO2 y N2) Cualquier molécula
orgánica
 H2O
• Estructura del agua
(arquitectura molecular) • Ionización del agua

- Posibilita las interacciones débiles – Disociación del agua

– Producto iónico del
• Propiedades físicoquímicas agua
– Acción disolvente
– Concepto de pH
– Elevada fuerza de cohesión
– Elevada fuerza de adhesión – Sistemas tampón
– Gran calor específico
– Elevado calor de vaporización • Ósmosis y fenómenos
osmóticos
– Punto de fusión, ebullición
– Constante dieléctrica
• Las sales minerales
• Funciones biológicas
 u.m.a. = 16
1s2 2s2 2p4

Hibridación sp3 del oxígeno

– Estructura tetraédrica
– Geometría no lineal (angular)
• Distinta electronegatividad de
O e H = Molécula polar por la
distribución asimétrica de los
electrones de enlace
– Carga parcial + (d+) cerca de los
H y – (d-) cerca del O
– Capacidad de formar enlaces
de hidrógeno
 • La estructura del agua en estado sólido (hielo) es un
ejemplo del efecto acumulativo de muchos enlaces de
hidrógeno.
• El agua sólida da lugar a una red estructural regular
que corresponde al estado cristalino. Forma
estructuras geométricas de 24 lados
(eicosatetraedro).

• Debido a la estructura abierta, el agua es una de las

muy pocas sustancias que se expande en el
congelamiento (menor densidad que el agua líquida).
 Interacciones
débiles en solución
acuosa: El enlace
de hidrógeno

-Son enlaces más débiles que

los covalentes

-El enorme número de puentes

hidrógeno en el agua le
confieren al estado líquido una
enorme cohesión

-Dado que las moléculas se

encuentran en constante
movimiento, los enlaces de
hidrógeno se forman y se
rompen permanentemente.
 Disolución de sustancias

• Sustancias iónicas y polares (moléculas orgánicas

pequeñas con uno o más átomos electronegativos ej.
alcohol, aminas, ácidos. La atracción entre los dipolos
de esas moléculas y el dipolo del agua hacen que
tiendan a disolverse. Se clasifican como hidrofílicas.

*El agua disuelve bien a las sustancias polares e iónicas.

*En las moléculas biológicas abundan grupos polares e

iónicos (OH, SH, COO-, NH3+, PO4-) que facilitan su
disolución.
 Interacciones electrostáticas
El agua disuelve muchas sales cristalinas al hidratar sus componentes.
El ClNa en estado cristalino de disuelve en agua, separando sus iones
Cl- y Na+, dando lugar a iones hidratados.
Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la
temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados
para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este
sistema de refrigeración
b) Elevada fuerza de adhesión.
Los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al
establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es
responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se
debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces
hasta las hojas.

c) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.

Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente
unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un
liquido casi incompresible.
* Elevada constante dieléctrica.
Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran
medio disolvente de compuestos iónicos, como las
sales minerales, y de compuestos covalentes polares
como los glúcidos.

* Punto de ebullición
Temperatura en que el agua pura cambia al estado de
vapor, es de 100º C a nivel del mar.

* Punto de fusión
Temperatura en que el agua cambia del estado sólido a
líquido. Es de 0º C y puede disminuir en presencia de
solutos electrostáticos.
 Propiedades biológicas
• Disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares.
Incluso moléculas biológicas no solubles (ej. lípidos) como
dispersiones coloidales
• Reactivo, en reacciones de hidratación, hidrólisis y
oxidación-reducción
• Permite la difusión (principal transporte de muchas
sustancias nutritivas).
• Termorregulador, permitiendo la vida en una amplia
variedad de ambientes térmicos
• Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura
celular.
 Funciones del agua
Relacionadas con las propiedades
• Soporte o medio donde ocurren las reacciones
metabólicas
• Amortiguador térmico
• Transporte de sustancias
• Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos
• Favorece la circulación y turgencia
• Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
• Puede intervenir como reactivo en reacciones del
metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al
medio.
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BIOQUÍMICA

1.1. AGUA
M. C. JOSÉ ALFREDO GARCIDUEÑAS PAZ

San Bartolo Tuxtepec, Oax. Febrero de 2019

 1.1. AGUA

• El agua no solamente constituye del 70-90 % del

peso de la mayor parte de las formas vivas, sino que
representa la fase continua de los organismos. a causa
de su abundancia y ubicuidad el agua es considerada,
con frecuencia, un liquido inerte, meramente destinado
a llenar espacios en los organismos vivos.

• El agua es una sustancia de gran reaccionabilidad con

propiedades físicas y químicas (Lehninger, 1991).
• Sabemos ahora que el agua y los productos de su
ionización, los iones hidrogeno e hidroxilo, son factores
importantes en la determinación de la estructura y las
propiedades biológicas de las proteínas, de los ácidos
nucleicos, así como de las membranas, de los ribosomas
y de otros muchos componentes celulares (Lehninger,
1991).
 EL AGUA: DISOLVENTE DE LA VIDA
• Sin el agua no puede haber vida tal como la conocemos. La
esencialidad del agua es un recordatorio constante del origen
de la vida. Fue en el disolvente agua que se produjeron las
reacciones químicas de los procesos biológicos.
• Aunque NO es un una BIOMOLECULA ORGÁNICA, el agua es
el componente más ubicuo de las células vivientes constituyendo
el 60-95% de su peso.

• En los seres humanos, el agua se distribuye regularmente entre

los dos compartimientos (intra y extracelular) principalmente del
cuerpo. El agua no solo se requiere para la reacciones
bioquímicas sino también para el:
1. Transporte de sustancias a través de las membranas
2. Mantenimiento de la temperatura
3. Producción de fluidos digestivos y para disolver los
productos de desecho de fluidos digestivos.
4. Disolver los productos de desecho de la digestión
• Las perdidas de agua se producen por evaporación
(vapor de agua en el aire espirado y en el sudor) y
por excreción de orina y heces. Si la perdida de agua
excede de manera significativa a la incorporación de
la misma, se produce la deshidratación. Causada por:

Diarrea severa
Vomitos
Fiebre
Temperaturas ambientales elevadas
• Si la incorporación del agua
excede su expulsión , se produce
el edema (acumulación del
exceso de fluido en los tejidos).
PROPIEDADES FÍSICAS Y ENLACE
DE HIDROGENO EN EL H2O
• El agua posee un punto de fusión, un punto de ebullición, el
calor de vaporización y el de fusión y la tensión superficial,
más elevados que otros hidruros, tales como el H2S (ácido
sulfhídrico o hidrógeno de sulfuro) o el NH3 (amonio). Todas
estas propiedades indican que en el agua las fuerzas de
atracción entre las moléculas y por tanto su cohesión
interna, son relativamente elevadas.

Hidruro Punto de fusión Punto de Calor de

(°C) ebullición (°C) vaporización
(cal/g)
H2O 0 100 540
H2S -85 -60 132
NH3 -78 -33 327
 1. CALOR DE VAPORIZACIÓN

El calor de vaporización de agua es una

medida directa de la cantidad de energía
necesaria para superar las fuerzas de
atracción entre las moléculas adyacentes en un
liquido, de modo que las moléculas
individuales puedan separarse unas de otras y
pasar al estado gaseoso.
•Las potentes fuerzas intermoleculares en
el agua liquida están originadas por la
distribución específica de los electrones
en dicha moléculas.

•Estas fuerzas se explican por la

naturaleza dipolar eléctrica de la
molécula de agua.
 MOLÉCULA DE AGUA
1. El átomo de oxígeno comparte una par de electrones con
cada uno de los átomos de hidrógeno.
2. El átomo de oxígeno no altamente electronegativo atrae
a los electrones de enlace de cada uno de los átomos de
hidrógeno, polarizando los enlaces.
3. Se crea una región parcialmente positiva (+) alrededor
de cada uno de los núcleos de hidrogeno resultantes.
4. Estas regiones parcialmente positivas y la parcialmente
negativa (-) alrededor del átomo de oxígeno hacen que el
agua sea una molécula dipolar.

5. Esta naturaleza polar del agua es al que permite la

atracción electrostática entre sus moléculas. El resultado de la
atracción se denomina puente de hidrogeno el cual se
produce entre el átomo de oxígeno de una molécula de agua
y un átomo de hidrogeno de otra molécula.
6. Mediante análisis espectroscópico y de rayos X se ha
determinado el ángulo de enlace H-O-H que es de 104.5° y
la distancia interatómica media H-O que es 0.0965 nm y esto
debido a la disposición tetraédrica de los electrones del
oxígeno.
7. Debido a la ordenación casi tetraédrica de los electrones
alrededor del átomo de oxígeno, cada molécula de agua es
potencialmente capaz de unirse mediante enlaces de
hidrogeno con 4 moléculas de agua vecinas.

8. Esta propiedad es la responsable de la elevada cohesión

interna del agua liquida.

9. Los enlaces de hidrógenos son relativamente débiles

comparados con los enlaces covalentes. En el hielo, por
ejemplo todas las moléculas de agua se hallan unidas
mediante enlaces de hidrogeno.
PROPIEDADES BIOLÓGICAS DEL AGUA
Algunas propiedades físicas del agua ofrecen ciertas ventajas
biológicas, dos de las cuales son importantes para el
mantenimiento de la temperatura interna constante requerida
por muchos organismos.

1. La primera propiedad es el alto calor de vaporización del

agua (el numero de calorías absorbido cuando se vaporiza un
gramo de líquido).

Las calorías absorbidas por la evaporización del agua

proporcionan un mecanismo fisiológico efectivo por el que los
organismos pueden disipar el calor.
2. La otra propiedad del agua es su alta capacidad calorífica
especifica (numero de calorías requerido para elevar en 1 °C
la temperatura en un gramo de sustancia).

Como resultado el agua absorbe bien el calor y es, por tanto,

de gran valor para ayudar a mantener constante la
temperatura de un organismo.
 EL AGUA COMO DISOLVENTE

El agua es un disolvente mucho mejor que la mayor

parte de los líquidos corrientes.

Muchas sales cristalizadas y otros compuestos iónicos

se disuelven con facilidad en el agua, mientras son
casi insolubles en los líquidos no polares tales como
el benceno o el cloroformo. Debido a que la
atracción entre los componentes iónicos de las
moléculas y los dipolos del agua es suficiente para
vencer la atracción entre los propios iones.
Los compuestos polares no iónicos,
tales como los azucares y los
alcoholes sencillos, son también muy
solubles en el agua.
Un fenómeno interesante se
produce cuando las moléculas
anfipáticas, que poseen tanto
grupos polares (hidrófilos)
como apolares (hidrófobos) se
dispersan en el agua. Debido a
su cabeza polar (grupo
carboxilato) y a su cola apolar
(cadena hidrocarbonada) las
sales de los ácidos grasos son
ejemplos de moléculas
anfipáticas.
En un entorno acuoso, tales sales forman micelas. Estas son
agregaciones de moléculas con los iones carboxilato
polares en el exterior y las cadenas hidrocarbonadas
apolares en el interior, las cuales crean un ambiente
hidrofóbico interno.
La limpieza mediante el jabón (sales alcalinas de los
ácidos grasos) se consigue por el atrapamiento de
suciedad no soluble en agua y de grasas en el interior
hidrofóbico de las micelas de jabón.
 DISOCIACIÓN DEL AGUA
La misma agua proporciona iones hidrogeno a los sistemas
biológicos ya que se ioniza en una proporción muy pequeña
produciendo un ion hidrogeno (H+) y un ion hidroxilo (OH-). El
H+ no existe como tal en solución acuosa sino en asociación con
una molécula de agua (transferencia de protón) para formar
un hidronio (H3O+)

agua molecular (H2O ) iones hidroxilo (OH-) protones hidratados (H3O+ )

H2O + H2O H3O+ + OH-

Sin embargo por conveniencia y por convención, la disociación

del H2O se escribe usualmente :

H2O H+ + OH-

La disociación se puede expresar según la Ley de acción de

masas de la manera siguiente:
La expresión indica que, en el equilibrio, el producto
matemático de las concentraciones (indicadas por [ ]) de los
productos de la disociación (H+ Y OH- ) dividido por la
concentración del agua no disociada H2O es igual a un valor
conocido como constante de equilibrio (Keq). De esta
expresión puede calcularse la concentración de H+ en agua
pura si se conoce Keq.
 PH DEL AGUA
El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una
disolución. El pH indica la concentración de iones de hidrógeno
presentes en determinadas disoluciones. La sigla significa
potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones. Este
término fue acuñado por el bioquímico danés S. P. L. Sørensen
(1868-1939), quien lo definió en 1909 como el opuesto del
logaritmo de base 10 o el logaritmo negativo de la actividad
de los iones hidrógeno.

A 25 °C, un pH igual a 7 es neutro, uno menor que 7 es ácido,

y si es mayor que 7 es básico. A distintas temperaturas, el
valor de pH neutro puede variar debido a la constante de
equilibrio del agua: Kw
 Fluido pH

Sosa cáustica 14.0

Cal 12.5
Cloro 11.5
Agua de mar 8.2
Plasma sanguíneo 7.4
Fluido intersticial 7.4
Fluido intracelular
Hígado 6.9
Leche 6.6
Saliva 6.35 – 6.85
Orina 5.8
Zumo de tomate 4.3
Zumo de naranja 3.2
Coca cola 2.8
Zumo de limón 2.3
Jugo gástrico 1.2 – 3.0