Unitat5

Unitat 5

Bioquímica , la química de la vida

Unitat 5: Bioquímica (30 h)

Índex• 5.1. Nivells d’organització de la matèria viva• 5.2. Bioelements• 5.3. Biomolècules o principis immediats

– 5.3.1 Enllaços a les biomolècules– 5.3.2. Biomolècules inorgàniques

• L’aigua– Propietats físico-químiques i funcions biològiques– El pH

• Les sals minerals – 5.3.3. Biomolècules orgàniques

• 5.4. Proteïnes– 5.4.1. Composició i característiques– 5.4.2. Estructura– 5.4.3. Funció biològica– 5.4.4. Enzims

• 5.5. Àcids nucleics– 5.5.1. Nucleòsids i nucleòtids– 5.5.2. ADN– 5.5.3. ARN

Unitat 5: Bioquímica5.1. Nivells d’organització de la matèria viva

• Quan s’estudia la biosfera es posa de manifest que a les formes de vida existeix:– Diversitat de

• Mida• Forma• Ambient que habiten

...

– Unitat a nivell químic– En la composició dels organismes– En el tipus de reaccions que es produeixen:

» majoritàriament orgàniques» En el medi aquàtic» A l’interior de cèl·lules


(pàg 183)

La composició, estructura i funcionament dels organismes s’estudia des dels 4 nivells de complexitat següents:


àtoms

molècules

cèl·lules

Que emmagatzemen i processen informació que els permet mantenir-se estables en medis canviants

teixits

òrganssistemes i aparellsorganismes

poblacionscomunitatsecosistemesbiosfera

partícules subatòmiques

Nivell molecular estudiat per la bioquímica, la biologia molecular, la gènetica

Nivel cel·lularestudiat per la citologia i la microbiologia

Nivel pluricel·lular estudiat per la histologia, anatomia i fisiologia, zoologia, botànica

Nivell comunitariEstudiat per l’ecologia

Unitat 5: Bioquímica5.2. Bioelements (pàg 184-185)

•Són els 30 elements químics que es troben als éssers vius

•No són exclusius dels éssers vius i també els trobem a l’escorça terrestre, l’aire i la hidrosfera, tot i que en proporcions diferents (gràfiques pàg 184)

•Distingim 2 grups segons la seva abundància en els éssers vius

•Bioelements plàstics:●Formen el 99% de la matèria viva i són presents en tots els organismes●Són 11: H, O, C, N, P, S, Na, K, Ca, Mg, Cl

•Oligoelements:●Es troben en quantitats molt petites i no en tots els organismes

Unitat 5: Bioquímica5.2. Bioelements

Bioelements plàstics

•H: Forma part de l’aigua i de les molècules orgàniques

•O: Forma part de l’aigua i de les molècules orgàniques i és utilitzat en forma molecular per moltes formes de vida per a oxidar els nutrients i extreure`n l’energia en el procés de a respiració aeròbia

•C: Element●No metàl·lic●Lleuger●Tetravalent: pot establir 4 enllaços amb àtoms o grups d’àtoms

●D’altres elements●De carboni formant cadenes que seran l’esquelet de la majoria de molècules biològiques (les anomenades molècules orgàniques)

●Es troba a totes les molècules orgàniques que es formen a partir del CO2 atmosfèric a través de la fotosíntesi

Unitat 5: Bioquímica5.2. Bioelements

Bioelements plàstics

•N: Forma part d’algunes molècules orgàniques (proteïnes i àcids nucleics, alguns lípids)

La resta de bioelements plàstics (P, S, Na, K, Ca, Mg, Cl) són igualment imprescindibles però molt menys abundants

•P i S: formen part de les molècules orgàniques•Na i K: com a ions intervenen en processos osmòtics i en la transmissió de l’impuls nerviós•Ca: En forma de sal, constitueix parts dures en molts organismes (ossos, closques) i regula en forma d’ió molts processos, com la contracció muscular.•Mg: Forma part de molècules orgàniques que intervenen en processos com la fotosíntesi i la contracció muscular.•Cl: Com a ió intervé també en la osmosi

Unitat 5: Bioquímica5.3. Biomolècules o principis immediats

Són les molècules presents en els éssers vius i es classifiquen en 2 grups (pàg 187):

Molècules inorgàniques●Aigua●Sals minerals

Molècules orgàniques●Glúcids●Lípids●Proteïnes●Àcids nucleics


5.3.1. Enllaços

Enllaços• Els àtoms que formen els éssers vius

s’uneixen a través d’enllaços– Covalents– Iònics– Enllaços d’hidrogen– Forces de van der Waals– Interaccions hidrofòbiques


5.3.1. Enllaços

Enllaç covalent

Els àtoms tendeixen a tenir ple d’electrons l’orbital més extern i per a aconseguir-ho tenen 3 opcions: guanyar, perdre o compartir electrons

Hi ha àtoms que tenen l’orbital exterior mig ple (per exemple, hi ha 4 electrons i en caben 8), en aquests casos la millor opció és compartir-los:

●Quan dos àtoms amb els orbitals exteriors a mig omplir s’acosten comparteixen aquests orbitals

●Els electrons deixen de girar al voltant del seu àtom d’origen i ho fan al voltant del conjunt contribuint a la seva unitat.

L’enllaç covalent és la unió que s’estableix entre àtoms que comparteixen els orbitals exteriors.•Uneix els carbonis entre si i amb els grups funcionals a les molècules orgàniques i pot ser simple, doble o triple

Com més electrons es comparteixin més fort és l’enllaç covalent

●Enllaços covalents simples: (-) Dos àtoms comparteixen un parell d’electrons ( cada àtom n’aporta un)

●Enllaços covalents dobles: (=) Dos àtoms comparteixen quatre electrons (cada un n’aporta un parell)

●Enllaços covalents triples: (=) Dos àtoms comparteixen sis electrons ( cada un n’aporta tres)

=


5.3.1. Enllaços

Enllaç covalent simple


5.3.1. Enllaços

Enllaç covalent doble

2

Unitat 5: Bioquímica 5.3. Biomolècules o principis immediats


5.3.1. EnllaçosEnllaç iònic

Els àtoms tendeixen a omplir d’electrons l’orbital exterior per a ser més estables. Si aquest:

està quasi ple: falten 1 o 2 electrons els aconsegueixen

està quasi buit: té 1 o 2 electrons se’n desfan

Els àtoms queden carregats elèctricament i s’anomenen ions. Distingim

Anions (-) :Àtom de clor (Cl) + 1e- Anió clorur (Cl 1- o Cl-)Cations (+): Àtom de magnesi (Mg) – 2e- Catió magnesi (Mg 2+ )

L’ enllaç iònic és la unió que s’estableix entre un catió i un anió quan s’apropen degut a l’atracció que experimenten les seves càrregues elèctriques oposades

L’enllaç iònic és més feble que el covalent

iónico.swf

Àtom de clorCl (17p 17e)

Clorur de sodi(Sal comuna)

Àtom de sodi Na (11p 11 e)

Catió sodi Na+ (11p 10 e)

Anió clorurCl- (17p 18e)


5.3.1. Enllaços

Enllaç iònic


5.3.1. Enllaços

Altres enllaços febles

• Enllaços d’hidrogen: Atracció electrostàtica entre un àtom d’hidrogen (+) i una càrrega negativa. S’estableix entre molècules d’aigua.

• Forces de van der Waals: Interaccions electrostàtiques entre dipols (partícules amb zones positives i negatives)

• Interaccions hidrofòbiques: acostament de partícules repel·lides per l’aigua


5.3.2. Molècules inorgàniques

Són les que no tenen les característiques de les molècules orgàniques

•Als éssers vius trobem

●l’aigua

●les sals minerals



L’aigua

•És la molècula més abundant en tots els organismes•Es troba

● A l’interior de les cèl·lules● Als líquids intersticials● Circulant (Vasos sanguinis, llenyosos)

S’obté ●Del medi●De les reaccions químiques internes (metabòliques)



L’aigua. Propietats físico-químiques i funcions biològiques

Les seves funcions als éssers vius són derivades del fet que les molècules d’aigua poden establir ponts d’hidrogen per què formen dipols elèctrics: L’àtom d’oxigen atrau amb més força que els d’hidrogen els electrons de cada enllaç i la càrrega elèctrica queda distribuïda asimètricament formant-se un pol positiu i un negatiu.




Gràciesal caràcter dipolar és el dissolvent majoritari (dissol totes les partícules amb càrrega).

Per això és el medi:●Per on es transporten les substàncies●En què es desenvolupen les reaccions químiques dels éssers vius




Gràciesa la capacitat d’establir els ponts d’hidrogen l’aigua forma una xarxa molt més rígida que altres líquids:

En conseqüència:•Actua com a termoregulador, perquè té un elevat calor específic i de vaporització•Contribueix al manteniment de la forma i l’estructura de les cèl·lules perquè és gairebé incompressible

-

+

-

--

+

+

+

animació

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html



L’aigua. El pH (pàg 193)Una petita part de les molècules d’aigua es troba sempre ionitzada, és a dir, l’aigua pura és sempre una mescla de :

aigua molecular (H2O )

protons (H+ )

anions hidroxil (OH-)

L’aigua. El pH

A l’aigua pura H+ = OH- = 1/10 7 mol /L dissolució neutra.

Si la concentració de H+:

augmenta dissolució àcida.

disminueix dissolució bàsica

Cl-H+ Cl-H+

Àcid clorhídric



Sossa càustica (Hidròxid de sodi)

oNa+H

- Na+ OH-

L’aigua. El pH

El pH es mesura amb l’escala de pH que té valors entre el 0 i el 14 i s’obté a partir del logaritme decimal canviat de signe de la concentració de protons:(Quan l’acidesa augmenta el valor del pH disminueix)



pH[H+]

50,0000110-5

60,00000110-6

70,000000110-7

80,0000000110-8

+protons+acidesa

-valor escala de pH

Sals minerals (pàg 190)

En els éssers vius trobem les formades pels ●anions clorur, sulfat, fosfat, carbonat, bicarbonat i nitrat

●cations sodi, potassi, calci, magnesi, amoni

Les trobem●en estat sòlid: Carbonat i fosfat de calci als ossos de vertebrats, closques...●en dissolució i ionitzades en els líquids corporals●formant part de les biomolècules orgàniques (proteïnes, àcids nucleics...)

Tenen funció:●Estructural (Esquelets i closques)●Reguladora del pH (Carbonats)●Reguladora de l’òsmosi (sodi i potassi)●Específiques: Transmissió de l’impuls nerviós, contracció muscular, fotosíntesi...




5.3.3. Biomolècules orgàniques

•Són hidrocarburs polifuncionals•Estan formades per:

●cadenes d’àtoms de carboni (esquelets carbonats) ●i bioelements acompanyants:

● àtoms d’hidrogen ● i grups funcionals (combinacions d’atoms de C, O, H, N, P i S) ( taula pàg 188)

•Inclouen●Glúcids: Inclouen els sucres amb funció energètica i components estructurals com la cel·lulosa●Lípids: Inclou components energètics com els triglicèrids, estructurals com els fosfolípids i reguladors com les hormones i receptors de membrana●Proteïnes: Inclouen molècules estructurals i els enzims amb funció catalítica (facilitadora de reaccions químiques)●Àcids nucleics: Contenen la informació genètica

C C CC C CC

C

C

C

C

C

C C

C

C

C

C

C CC

CC

C

Unitat 5: Bioquímica5.4. Proteïnes

5.4.1. Composició i característiques

Les proteïnes són un grup de biomolècules orgàniques que contenen

●Sempre: C, H, O i N●De vegades S, P, Fe ...

Els monòmers (peces de construcció) de les proteïnes són els aminoàcids, molècules amb un un carboni, anomenat α unit alhora a:

●a un grup àcid (-COOH).●a un grup amino (-NH2).●a un àtom d’hidrogen●a la resta de la cadena (20 diferents als éssers vius) (pàg 207)

α



Els aminoàcids formen cadenes unint-se entre si a través d'enllaços covalents peptídics que es formen entre un grup -COOH i un -NH2

d’aminoàcids diferents(pàg 208).

Si la cadena és●curta s’anomena pèptid●de més de 50 aminoàcids s’anomena proteïna



Segons la seva composició podem classificar les proteïnes en (pàg 218):Holoproteïnes:●Formades únicament per aminoàcids

Heteroproteïnes:●Formades per una fracció proteica i un grup no proteic anomenat grup prostètic

●Metaloproteïnes: Grup prostètic conté un metall●Glicoproteïnes: Grup prostètic és un glúcid●Lipoproteïnes: Grup prostètic és un lípid●Nucleoproteïnes: Grup prostètic és un àcid nucleic


5.4.2. Estructura (pàg 215)

L’estructura d’una proteïna és el grau de plegament de la cadena d’aminoàcids i pot ser:

•Primària: Cadena sense plegar•Secundària: Plegament de la cadena d’aminoàcids sobre si mateixa deguda a l’establiment d’enllaços dèbils (ponts d’hidrogen) entre aminoàcids propers

Es formen ●Hèlix α●Full plegat β

•Terciària: Plegament de l’estructura secundària sobre si mateixa degut a l’establiment d’enllaços dèbils entre aminoàcids llunyans a la cadena

•Quaternària: Unió de més d’una cadena d’aminoàcids amb estructura terciària a través d’enllaços dèbils


5.4.2. Estructura (pàg 215)

Segons la seva estructura podem classificar les proteïnes en :

Fibroses: • Són insolubles en aigua.• Les seves cadenes d'aminoàcids

presenten estructura secundària en hèlix alfa.

• Diferents cadenes s'enllacen amb ponts d'hidrogen formant fibres

Globulars:• Són solubles en aigua.• Tenen estructura terciària o

quaternària i forma de cabdell


5.4.2. Estructura

Perquè les proteïnes puguin realitzar les seves funcions han d'estar plegades correctament.

•Anomenem desnaturalització la modificació de l'estructura tridimensional (secundària, terciària o quaternària) de les proteïnes, que sol comportar la pèrdua de la seva funció

Causen desnaturalització de les proteïnes:

●La calor●Canvis de pH●Canvis en la concentració d'ions

La desnaturalització pot ser:●Reversible: La proteïna recupera estructura i funció en restablir les condicions normals

●Irreversible: La proteïna no es recupera


5.4.3. Funció biològica

– Estructural: Sosteniment i suport mecànicHoloproteïnes fibroses

El col·lagen, del teixit conjuntiu fibrós .L'elastina, del teixit conjuntiu elàstic: tendons i vasos sanguinis.La ceratina de l'epidermis: pèls i ungles.

Glicoproteïnes en les membranes.2. Enzimàtica o catalítica

Els enzims (holo i heteroproteïnes globulars) són el grup de proteïnes més nombrós i especialitzat. Són les eines de l'organisme.

3. Hormonal o reguladoraInsulina (heteroproteïna globular)

– DefensivaAnticossos (heteroproteïnes globulars)

– TransportadoraHemoglobina (heteroproteïna globular)

– Reserva ovoalbúmina, de la clara d'ou, lactoalbúmina, de la llet (holoproteïnes globulars)

– ContràctilHoloproteïnes fibroses: Actina, miosina, tubulina

Unitat 5: Bioquímica5.4. Proteïnes5.4.4. Enzims

– Els enzims són proteïnes globulars que actuen com a catalitzadors de les reaccions químiques que es desenvolupen en els éssers vius.

– Un catalitzador: Substància que en associar passatgerament a les molècules que reaccionen, disminueix l'energia d'activació d'una reacció química

Gràcies als enzims, els éssers vius poden desenvolupar reaccions molt ràpidament i a temperatures baixes

àcid carbònic

CO2 +H2O H2CO3

10 milions de vegades més ràpida amb enzims!!!


– Són proteïnes globulars grans.

– S’hi distingeix el lloc actiu: solc format en el plegament que encaixa com la clau amb el seu pany amb les molècules reactives (substrats)

Hi ha enzimssimples: holoproteïnescomplexos: heteroproteïnes

grup prostètic inorgànic: cofactororgànic: coenzim

G F

Lloc actiu


Mecanisme de l'acció enzimàtica1. Formació del complex Enzim substrat2. Transformació del substrat en producte3. Alliberament del producte

Enzim

Substracte

Enzim

Producte

Enzim

Producte

Unitat 5. Bioquímica5.5. Àcids nucleics

5.5.1. Nucleòsids i nucleòtids

• Són un grup de biomolècules orgàniques formades per: C, H, O, N i P

• Els àcids nucleics porten impresa la informació genètica en TOTS els éssers vius: Són el manual d'instruccions per construir i mantenir en funcionament un ésser viu.

• Les peces de construcció d'àcids nucleics són els nucleòtids que poden trobar-se

– Lliures, com l’ATP que subministra energia a les reaccions químiques que en necessiten.

– Formant cadenes: Àcids nucleics• ADN• ARN



• Estructura

• Molècules formades per la unió de:

– 1 base nitrogenada

– 1 pentosa

– De 1 a 3 anions fosfat (PO4

-)

PPP

Base nitrogenada

PentosaAnions fosfat



– Purines• Adenina (A)• Guanina (G)

– Pirimidines• Citosina (C)• Timina (T)• Uracil (U)

Bases nitrogenadesSón molècules orgàniques que formen anells i contenen nitrògen.Existeixen 2 classes:



• Pentoses• (Monosacàrids de 5 carbonis)

– Ribosa:– Ribonucleòtids

– Desoxiribosa:– Desoxiribonucleòtids

• Anions fosfat• anions formats per la unió

covalent d’un àtom de fòsfor a 4 de oxigen.


5.5.2. ADN

Funció• Emmagatzema la informació

genètica completa• Conté la informació que determina

l’estructura primària de les proteïnes d’un ésser viu

Composició• Està format per

desoxiribonucleòtids (amb desoxirribosa) monofosfat d’ A, T, C, G


5.5.2. ADN

Estructura• L’ADN està format per dues

cadenes anti-paralel·les unides per enllaços entre les bases nitrogenades.

• Sempre es formen els mateixos parells de bases: – A-T– C-G

• Les dues cadenes s’enrotllen sobre el mateix eix formant l’estructura de la doble hèlix.


5.5.3. ARN

Funció• Està implicat en el proces

d’utilizació de l’ADN per a la formació de proteïnes

Composició• Format per ribonucleòtids

(ribosa) monofosfat de A, U, C, G

Estructura• Molècules formades per una

única cadena. Hi ha 3 tipus: • ARN m: missatger• ARN r : ribosòmic• ARN t : de transferència

R

R

R

R

R

U

U


5.5.4. El codi genètic i la síntesi de proteïnes

• És un llenguatge constituït per paraules de 3 lletres formades per la seqüència de les bases nitrogenades a una cadena d’ADN

• Aquestes paraules indiquen quins aminoàcids s’han d’utilitzar en la producció de les proteïnes

• El codi genètic és universal, és el mateix per tots els organismes

• El codi genètic és degenerat, té paraules sinònimes

T G G G AC A A A

Arg PheThr

Nucleòtids de l’ADN

Aminoàcids de la proteïna



El Codi genètic• És un llenguatge constituït per

paraules de 3 lletres formades per la seqüència de les bases nitrogenades a una cadena d’ADN

• Aquestes paraules indiquen quins aminoàcids s’han d’utilitzar en la producció de les proteïnes

• El codi genètic és universal, és el mateix per tots els organismes

• El codi genètic és degenerat, té paraules sinònimes



La síntesi de proteïnes consta de dues fases consecutives:

• Transcripció: Transferència de la informació d’un tros d’ADN a l’ARN missatger

• Traducció: Lectura de la informació del ARNm per a formar una cadena d’aminoàcids

• El fragment d’ADN que porta la informació necessària per a produir una cadena d’aminoàcids es diu gen.

ADN (Enciclopèdia)

ARN m

(fotocòpia d’una entrada)

Cadena d’aminoàcids

Transcripció

Traducció



• Formació d’una cadena d’ARNm, de seqüència complementària a un fragment d’ ADN:

3. La doble hèlix s’obre pel tros a copiar

5. S’enganxen a la cadena d’ADN ribonucleòtids amb bases complementàries al tros a copiar

7. Els ribonucleòtids s’uneixen entre si formant una cadeneta d’ARNm

9. L’ARNm s’allibera i viatja al lloc de formació de proteïnes

Transcripció (Transferència d’informació ADN-ARN)

Cadena d’ARNm

A CC C UG

Seqüència de bases a ADN

T GG G AC

Seqüència de bases a l’ARNm

Doble hèlix d’ADN



¿Qui intervé?2. L’ARNm

4. Els ribosomes: Orgànuls cel·lulars formats per ARNr i proteïnes.

• Són els responsables de llegir l’ARNm

7. Els ARN t: cadenes d’ARN amb forma de creu que tenen en un extrem bases complementàries als triplets de l’ARNm i carreguen a l’altre un aminoàcid.

• Porten els aminoàcids adequats als ribosomes

•Traducció (Lectura de l’ARN m per a formar proteïnes)

GU GCG A

AlaTrp

A CC C UG



Procés2. El ribosoma s’uneix a

l’ARNm per un extrem i llegeix el primer triplet de bases

4. S’uneix l’ARNt complementari al triplet de bases del ARNm

6. L’ARNt deixa l’aminoàcid que carrega al ribosoma i es desenganxa

8. El ribosoma es desplaça fins el segon triplet i es repeteix el procés

A GU C AG

AU C

Trp



Documents

Unitat5