Unidad 01 Medio Interno

Unidad 1: Medio Interno : 

oct-2008 Unidad 1: Medio Interno

Contenido Programático : 

2 Contenido Programático Termodinámica y Bioenergética Propiedades Físico-Químicas del Agua pH y Sistemas Amortiguadores Membranas Celulares Estructura y Organización de Células

Energía : 

3 Energía Componente fundamental del Universo Múltiples formas interconvertibles Calórica, eléctrica, gravitatoria, etc Energía total de una partícula Tradicionalmente: capacidad para realizar trabajo Movimiento molecular Termodinámica Estudio de las transformaciones energéticas que acompañan a los cambios de la materia Bioenergética Tres principios básicos Entalpía (H): calor Entropía (S): desorden Energía Libre: relación entre entalpía y entropía:

Termodinámica : 

4 Termodinámica Surge durante el s. XIX con la Revolución Industrial Tres Leyes de la Termodinámica Primera: La cantidad total de energía del Universo es constante Segunda: Todos los sistemas en el Universo tienden al Caos Tercera: Cuando un sistema perfecto se aproxima al cero absoluto (0 K), el desorden tiende a cero Dos clases de sistemas: Cerrados: sólo intercambian energía con el entorno Abiertos: intercambian energía y materia con el entorno Las células son sistemas abiertos Dos formas de intercambio energético Calor (q): movimiento molecular aleatorio Trabajo (w): movimiento molecular ordenado

Energía Libre : 

5 Energía Libre Cambio de entropía predice espontaneidad, pero no es práctico ¿Grado de desorden del entorno? Función Termodinámica: Energía Libre Cambio de Entropía del Universo: Si se libera calor: Sustituyendo: Multiplicando por -T -TΔS es ΔG Reacciones Exergónicas Reacciones Endergónicas

Variación de Energía Libre Estándar : 

6 Variación de Energía Libre Estándar Variación de energía libre se calcula en base a estado estándar (ΔGº) 25 ºC (298 K), 1 atm, solutos a 1 M Tiene relación con la constante de equilibrio En bioquímica, nunca 1 M. Se trabaja a pH=7 ([H+]=1x10-7 M) Variación de energía libre estándar a pH=7 (ΔGº') ΔGº'<0, reacción exergónica. Espontánea ΔGº'>0, reacción endergónica. No espontánea ΔGº'=0, reacción en equilibrio Espontáneo se refiere a probabilidad, no a velocidad

ΔGº' de Algunas Reacciones Celulares : 

7 ΔGº' de Algunas Reacciones Celulares

Fundamentos de Bioenergética : 

8 Fundamentos de Bioenergética En un conjunto de reacciones, los ΔGº' son aditivos Paso 1: A→B (ΔGº= +20 kJ/mol) Paso 2: B→C (ΔGº= -35 kJ/mol) Global: A→C (ΔGº= -15 kJ/mol) Una reacción muy exergónica puede impulsar una reacción endergónica Célula usa compuestos estándar con grandes ΔGº' como impulsores de reacciones químicas Compuestos de Alta Energía Trifosfato de Adenosina (ATP)

Acoplamiento Energético: Ejemplo Mecánico : 

9 Acoplamiento Energético: Ejemplo Mecánico

Acoplamiento Energético: Ejemplo Químico : 

10 Acoplamiento Energético: Ejemplo Químico

ΔGº' de algunos Compuestos de Alta Energía : 

11 ΔGº' de algunos Compuestos de Alta Energía

Agua : 

12 Agua Componente más abundante de seres vivos >70% del peso (con variaciones por edad) Inicio de la vida en sistemas acuosos Propiedades del agua esenciales para desarrollo Propiedades Físico-Químicas del Agua Adhesión entre moléculas Interacciones débiles Capacidad de Ionización Constante de Equilibrio pH Sistemas amortiguadores Capacidad de solubilización

Agua y Puentes de Hidrógeno : 

13 Agua y Puentes de Hidrógeno Agua: alto punto de fusión, punto de ebullición y calor de vaporización Interacciones entre moléculas de agua Estructura electrónica del agua Cargas parciales negativas sobre oxígeno Cargas parciales positivas sobre hidrógeno

Estructura del Agua : 

14 Estructura del Agua

Estructura del Hielo : 

15 Estructura del Hielo

Puentes de Hidrógeno con Solutos Polares : 

16 Puentes de Hidrógeno con Solutos Polares

Algunos Puentes de Hidrógeno de Importancia Bioquímica : 

17 Algunos Puentes de Hidrógeno de Importancia Bioquímica

Compuestos Polares, No Polares y Anfipáticos : 

18 Compuestos Polares, No Polares y Anfipáticos

Disolución de una Sal en Agua : 

19 Disolución de una Sal en Agua

Suspensión de Compuestos Anfipáticos en Agua : 

20 Suspensión de Compuestos Anfipáticos en Agua

Ionización del Agua : 

21 Ionización del Agua El agua tiende a ionizarse según Medir según conductividad Necesaria forma de expresar grado de ionización Para una reacción de tipo La constante de equilibrio es En el caso del agua La concentración del agua a 25 ºC es 55,5 M, entonces Es decir,

Producto Iónico del Agua : 

22 Producto Iónico del Agua Kw es el producto iónico del agua a 25ºC Keq medida a 25ºC es 1,8x10-16, entonces Si [H+] y [OH-] son iguales, se habla de agua pura Pueden calcularse concentraciones a partir de Kw Resolviendo para [H+] se obtiene

pH : 

23 pH Escala de pH se basa en Kw pH se define por pH<7 Gran cantidad de H+ Ácido pH>7 Gran cantidad de OH- Básico

Ácidos y Bases Débiles : 

24 Ácidos y Bases Débiles Ácidos Fuertes Disociación completa Ácidos Débiles Disociación parcial Importantes en Bioquímica Modelo Brønsted-Lowry Ácido: dona protones Base: recibe protones Par A/B Conjugado Tendencia a ceder o aceptar protones dada por Keq Constante de Disociación Ka Mayor en ácidos fuertes Análogo de pH; pKa

Curva de Titulación de un Ácido Débil : 

25 Curva de Titulación de un Ácido Débil

Amortiguadores del pH : 

26 Amortiguadores del pH Sistemas acuosos que resisten cambios de pH Pares A/B Conjugados Amortiguación pKa±1 pKa punto de máxima amortiguación Equilibrio entre dos reacciones reversibles Cada par A/B conjugado tiene su propio pKa

Sistemas Amortiguadores Bioquímicos : 

27 Sistemas Amortiguadores Bioquímicos Sistema del Fosfato pKa = 6,86 Rango: 5,9 – 7,9 Intracelular Sistema del Bicarbonato pKa cercano a 7 Complejo: movilización de gases al exterior Plasmático Sistema de Proteínas Cadenas laterales de aminoácidos pKa= 6,0 Ubicuo

Estudio de sistemas amortiguadores : 

28 Estudio de sistemas amortiguadores Ecuación de Henderson-Hasselbalch Usos: Cálculo del pH de una solución tampón Cálculo del equilibrio en reacciones ácido-base Determinación del punto isoeléctrico de proteínas

Porcentaje de masa corporal en agua según edad : 

29 Porcentaje de masa corporal en agua según edad

Distribución del Agua Corporal : 

30 Distribución del Agua Corporal Agua es 70% del peso de un hombre promedio Distribuida en varios compartimientos Líquido Intracelular 70% del agua, 49% de la masa Líquido Intersticial 20% del agua, 14% de la masa Plasma sanguíneo 7% del agua, 5% de la masa Otros líquidos corporales Líquidoperitoneal, pericárdico, cerebroespinal, etc. 3% del agua, 2% de la masa

Elementos de las Células : 

31 Elementos de las Células

Distribución de Cationes en Líquidos Corporales : 

32 Distribución de Cationes en Líquidos Corporales

Distribución de Aniones en Líquidos Corporales : 

33 Distribución de Aniones en Líquidos Corporales

Distribución de los Principales Electroltios : 

34 Distribución de los Principales Electroltios

Niveles de Organización Química : 

35 Niveles de Organización Química

La Célula: Características Generales : 

36 La Célula: Características Generales

Seres Vivos Según Fuente de Energía y Carbono : 

37 Seres Vivos Según Fuente de Energía y Carbono

Dominios de la Vida : 

38 Dominios de la Vida

Composición Química de las Membranas : 

39 Composición Química de las Membranas Estudios Químicos: compuestos básicos Fosfolípidos, colesterol, proteínas, etc. Proporciones Variables Especialmente proteínas Igual en mismo tipo de membrana Especialización Dos tipos de enlaces Interacciones débiles Enlaces covalentes

Agregados de Moléculas Anfipáticas en Agua : 

40 Agregados de Moléculas Anfipáticas en Agua

Modelo de Mosaico Fluido para Membranas : 

41 Modelo de Mosaico Fluido para Membranas

Difusión de Lípidos en las Membranas : 

42 Difusión de Lípidos en las Membranas Fluidez de las membranas Interacciones débiles Dos tipos de Difusión Difusión Lateral Rápida Difusión Transversa “Flip-Flop” Lenta Termodinámincamente desfavorable Esencial durante la síntesis de componentes Flipasas

Dominios en la Membrana: “Balsas” : 

43 Dominios en la Membrana: “Balsas”

Fusión de Membranas Biológicas : 

44 Fusión de Membranas Biológicas Fusión sin pérdida de continuidad Necesaria para múltiples procesos celulares Requiere: Reconocimiento por ambas membranas Aposición sin agua Hemifusión (cara externa) Formación de capa continua Momento y señal adecuada Procesos regulados o mediados por receptor

Tipos de Transporte a través de Membranas : 

45 Tipos de Transporte a través de Membranas

Clases de Sistemas de Transporte : 

46 Clases de Sistemas de Transporte

Tipos de Transporte Activo : 

47 Tipos de Transporte Activo

Estructura General de una Célula Bacteriana : 

48 Estructura General de una Célula Bacteriana

Estructura General de una Célula Animal : 

49 Estructura General de una Célula Animal

Fraccionamiento Celular: Centrifugación Diferencial : 

50 Fraccionamiento Celular: Centrifugación Diferencial

Fraccionamiento Celular: Centrifugación Isopícnica : 

51 Fraccionamiento Celular: Centrifugación Isopícnica

Núcleo : 

52 Núcleo Nucleoplasma rodeado de membrana Nucleoplasma: ADN asociado a proteínas Láminas Histonas Membrana Nuclear Membrana doble Presencia de Poros Continuidad con RE Nucléolo Alta cantidad de ARN Síntesis de ARNr

Detalle de la Membrana Nuclear : 

53 Detalle de la Membrana Nuclear

Retículo Endoplásmico : 

54 Retículo Endoplásmico Túbulos, vesículas y sacos aplanados A veces más del 50% de las membranas celulares Luz (espacio de la cisterna) Retículo endoplásmico rugoso Presencia de ribosomas Síntesis de proteínas Retículo endoplásmico liso Continuo con RER Sin ribosomas Síntesis de lípidos y biotransformación

Complejo de Golgi : 

55 Complejo de Golgi Vesículas membranosas en forma de saco, aplanadas y apiladas Procesado y empaquetado de productos celulares Dos Caras Formadora (cis) Maduradora (trans)

Lisosomas y Peroxisomas : 

56 Lisosomas y Peroxisomas Lisosomas Esferoides con membrana única Contienen enzimas digestivas Hidrolasas ácidas Función: digestión Transportadores de protones en la membrana Ruptura de la membrana libera enzimas a la célula Enfermedades e inflamación Peroxisomas Esferoides con membrana única Contienen enzimas oxidativas Función: generación y neutralización de peróxidos Tóxicos

Mitocondrias : 

57 Mitocondrias Síntesis de ATP Respiración Celular Dos membranas Externa: lisa, muchos poros Interna: impermeable, altamente especializada Alto contenido de proteínas Más grande que la externa Dos espacios Espacio intermembrana Matriz

Enzimas Marcadoras : 

58 Enzimas Marcadoras

Sistema Mitocondrial para eliminación de Radicales Libres : 

59 Sistema Mitocondrial para eliminación de Radicales Libres

Ejercicio: Aplicación de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch : 

60 Ejercicio: Aplicación de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch ¿Cuál sería el pH de una solución que contenga 4 mM de ácido acético y 6 mM de acetato de sodio, sabiendo que el par ácido/base conjugado acético/acetato tiene un pKa=3,85?

Ejercicio: Aplicación de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch : 

61 Ejercicio: Aplicación de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch Ud. mide el pH de una solución de propionato, y encuentra que es de 4,28. Sabiendo que la concentración total del soluto es de 7mM, y que el pKa para el par propiónico/propionato es de 4,88, ¿cuál es la concentración de cada una de las especies del par en ese momento?