                 BIOQUIMICA
Primer Parcial
CONCEPTOS:
Es el estudio de la base molecular de la vida (L. Stryer).
Estudio de la química de la vida, es una ciencia de laboratorios con un enfoque físicobioquimico en todos los tipos de actividades celulares (Bohinsky).
Constituye una parte del “estudio de la vida”, tiene como finalidad investigar los fenómenos vitales utilizando métodos químicos (P. Karison).
Es el estudio de los procesos químicos que ocurren en los tejidos vivos (W. Torpe).
Es una disciplina científica joven, que integra múltiples conceptos de la física, química y la biología en un cuerpo coherente de generalizaciones que permiten comprender como operan los organismos vivientes (G. Pérez).
Estudio de las diversas moléculas existentes en las células y organismos vivos, así como las reacciones químicas que ocurren en los mismos.
La bioquímica puede definirse como la ciencia que estudia las bases químicas de la vida (del griego bios “vida”). La célula constituye la unidad estructural de los sistemas vivos. Así pues, puede definirse a la bioquímica como la ciencia que estudia los componentes químicos de las células vivas, así como sus reacciones y procesos en los que intervienen. Según esta definición, la bioquímica comprende las amplias áreas de la biología celular y molecular y de la genética molecular.
CARACTERÍSTICAS
La bioquímica, moderna es dinámica, bajo esta denominación están las manifestaciones del metabolismo. La síntesis y degradación de las sustancias nutritivas para captar la energía química y formar los productos propios de la célula, estas reacciones químicas se efectúan gracias a la acción catalítica de las enzimas.
La bioquímica, dinámica, estudia la regulación química de los procesos vitales lo cual se logra por efectos determinados productos del metabolismo, a menudo se sirve de un tipo especial de sustancias denominadas hormonas, las cuales se originan en las glándulas de secreción interna.
ELEMENTOS DE LA DEFINICIÓN
La bioquímica es una ciencia de laboratorio y se caracteriza la investigación bioquímica por ceñirse al método científico.
Los estudios bioquímicos son de naturaleza multidisciplinaria, lo que significa que un análisis completo y subsiguientes entendimientos de los sistemas vivos se apoyan en un enfoque múltiple, el cual emplea principios físicos biológicos y químicos.
La materia del análisis es la célula viva, las investigaciones bioquímicas abarcan
La bioquímica moderna, base de toda la biología moderna, esta relacionada con cualquier fenómeno asociado con todo organismo, ya sea animal, vegetal, bacteriano o viral, el enfoque de la investigación se centra en las moléculas químicas que comprenden la esencia material del estado vivo.
EL PROPÓSITO DE LA BIOQUÍMICA CONSISTE EN DESCRIBIR Y EXPLICAR, EN TÉRMINOS MOLECULARES, TODOS LOS PROCESOS QUÍMICOS DE LAS CÉLULAS VIVAS
El objetivo principal de la bioquímica consiste en la comprensión integral, a nivel molecular, de todos los procesos químicos relacionados con las células vivas. Para alcanzar este objetivo, los bioquímicos han procurado aislar las numerosas moléculas presentes en las células para determinar sus estructuras y analizar cómo funcionan. Se han utilizado muchas técnicas para lograr estos propósitos; algunas de ellas se resumen en el siguiente cuadro:
Cuadro. Principales métodos y preparaciones utilizadas en laboratorios bioquímicos
Métodos para separar y purificar las biomoléculas
Separación con sales (p. ej., precipitación de proteínas con sulfato de amonio)
Cromatografía: en papel; de intercambio fónico; de afinidad; de capa fina; gas-líquido; líquida de alta presión; filtración en gel
Electroforesis: en papel; de alto voltaje; en agarosa; en acetato de celulosa; en gel de almidón; en gel de poliacrilamida; en gel de SDS-poliacrilamida
Ultracentritugación
Métodos para determinar las estructuras biomoleculares
Análisis elemental
Espectroscopia de luz UV, visible, infrarroja y de IRM
Empleo de hidrólisis ácida o alcalina para degradar la biomoléculas en sus constituyentes básicos
Utilización de una batería de enzimas de especificidad conocida para degradar la biomolécula (p. ej., proteasas, nucleasas y glucosidasas)
Espectrometría de masas
Métodos específicos de secuenciación (p. ej., para proteínas y ácidos nucleicos)
Cristalografía de rayos X
Preparaciones para estudiar procesos bioquímicos
Animal completo (incluye animales transgénicos y animales que carecen de un gen)
Órganos en perfusión aislados
Trozo de tejido
Células completas
Homogeneizado
Organelos celulares aislados
Componentes de organelos
Metabolitos y enzimas purificados
Genes aislados (incluidas la reacción en cadena de la polimerasa y la mutagénesis dirigida al sitio)
OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS BIOQUIMICOS
El objetivo de la bioquímica es describir y explicar, en términos moleculares, todos los procesos bioquímicos de las células vivas,
El objetivo, adicional de la bioquímica es intentar la comprensión de la forma en que la vida comienza.
Objetivos básicos del análisis bioquímico:
Separación y aislamiento
Determinación de la pureza
Caracterización
Determinación de la estructura correlación de la función
Mantenimiento de la integridad estructura y funcional
El interés principal de la bioquímica es la comprensión completa a nivel molecular de todos los procesos relacionados con las células vivas. Para lograr este objetivo los bioquímicos han necesitado aislar numerosas moléculas de que se componen las células, determinar su estructura y analizar la forma en que funciona. Un ejemplo de los numerosos esfuerzos, comprender la base molecular de la contractilidad para conocer algunas características de los fundamentos moleculares de la contracción muscular.
INTERESES CENTRALES DE LAS CIENCIAS DE LA SALUD
Comprensión y conservación de la salud.
Apreciación y tratamiento eficaz de la enfermedad.
El conocimiento de bioquímica es esencial en todas las ciencias de la vida, incluyendo la medicina.
La genética y sus fundamentos se apoyan en bioquímica de los ácidos nucleicos.
La fisiología, el estudio de la función corporal se traspasa casi por completo con la bioquímica.
Farmacología y farmacia se apoyan en un conocimiento solido de bioquímica y fisiología, la mayor parte de estos fármacos son catalizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre fármacos se comprenden mejor desde el punto de vista bioquímico.
UNA INTERRELACIÓN RECÍPROCA ENTRE LA BIOQUÍMICA Y LA MEDICINA HA ESTIMULADO LOS AVANCES MUTUOS
Los dos intereses principales de los investigadores de las ciencias de la salud —y en particular de los médicos— consisten en la comprensión y la conservación de la salud y el conocimiento y tratamiento eficaz de las enfermedades. La bioquímica influye de manera importante sobre ambos intereses fundamentales de la medicina. De hecho, la interrelación entre la bioquímica y la medicina constituye una vía de doble sentido. Los estudios bioquímicos han aclarado muchos aspectos de la salud y la enfermedad y, a la inversa, el estudio de diversos aspectos de la salud y la enfermedad abre nuevas áreas de la bioquímica.
Por ejemplo, se necesitó cierto conocimiento de la estructura y la función de las proteínas para elucidar la pequeña diferencia bioquímica entre la hemoglobina normal y la de las células falciformes. Por otra parte, el análisis de la hemoglobina de las células falciformes ha contribuido de manera significativa al conocimiento de la estructura y la función de la hemoglobina normal y de otras proteínas. Pueden citarse ejemplos análogos del beneficio recíproco entre la bioquímica y la medicina para el resto de los temas pareados.
Otro ejemplo corresponde al trabajo pionero de Archibald Garrod, un médico en Inglaterra durante los primeros años del siglo XX. Garrod estudió pacientes con diversos trastornos poco frecuentes (alcaptonuria, albinismo, cistinuria y pentosuria) y estableció que éstos tienen origen genético. Garrod los designó errores innatos del metabolismo. Sus aportes proporcionaron bases importantes para el desarrollo del campo de la genética bioquímica humana. Los esfuerzos más recientes para comprender la base de la enfermedad genética conocida como hipercolesterolemia familiar, que produce aterosclerosis grave a temprana edad, promovieron un avance importante en la comprensión de los receptores celulares y de los mecanismos de captación de colesterol en la célula. Los estudios de oncogenes en las células cancerosas enfocaron la atención en los mecanismos moleculares que participan en el control del desarrollo celular normal. Estos y muchos otros ejemplos enfatizan cómo él estudio de la enfermedad puede abrir áreas de la función celular para la investigación biológica básica.
LOS PROCESOS BIOQUÍMICOS NORMALES CONSTITUYEN LA BASE DE LA SALUD
La Organización Mundial de la Salud (OMS) define a la salud como un estado de "completo bienestar físico, mental y social, y no sólo como la ausencia de enfermedades y padecimientos". Desde un punto de vista estrictamente bioquímico, la salud puede considerarse como la situación en que todas las miles de reacciones intracelulares y extracelulares que se llevan a cabo en el cuerpo transcurren a un ritmo apropiado con la máxima supervivencia del organismo en el estado fisiológico. Sin embargo, esto constituye un enfoque demasiado reduccionista y debe enfatizarse que la atención de la salud requiere de un amplio conocimiento de los principios biológicos, psicológicos y sociales.
LA INVESTIGACIÓN BIOQUÍMICA HA MODIFICADO LA NUTRICIÓN Y LA MEDICINA PREVENTIVA
Un prerrequisito importante para la conservación de la salud es una ingestión óptima de diversas sustancias químicas; las principales son las vitaminas, ciertos aminoácidos y ácidos grasos, diversos minerales y el agua. Debido a que el objeto de estudio de la bioquímica y la nutrición corresponde a los diversos aspectos de estas sustancias, existen estrechas interrelaciones entre ambas ciencias. Incluso, se hace mayor énfasis en los intentos sistemáticos para conservar la salud y diferir la enfermedad; es decir, en la medicina preventiva. Por tanto, se enfatizan cada vez más los criterios nutricionales para, por ejemplo, prevenir la aterosclerosis y el cáncer. El manejo apropiado de la nutrición depende en mucho del conocimiento de la bioquímica.
LA MAYOR PARTE, Y QUIZÁ TODAS LAS ENFERMEDADES TIENEN UNA BASE BIOQUÍMICA
Se piensa que la mayor parte, si no es que todas las enfermedades, son manifestaciones de anormalidades de moléculas, reacciones químicas o procesos bioquímicos. Los principales factores a los que se atribuyen la causa de las enfermedades en animales y humanos se listan en el siguiente cuadro:
Cuadro. Causas principales de enfermedad; todas las causas listadas actúan al influir sobre varios mecanismos bioquímicos en la célula o el cuerpo
1. Agentes físicos: trauma mecánico, temperaturas extremas, cambios súbitos en la presión atmosférica, radiación, descarga eléctrica
2. Agentes químicos, incluidos fármacos: ciertos compuestos tóxicos, fármacos terapéuticos, etc.
3. Agentes biológicos: virus, bacterias, hongos, formas superiores de parásitos
4. Falta de oxígeno: pérdida de suministro sanguíneo, disminución de la capacidad de la sangre para acarrear oxígeno, envenenamiento de las enzimas oxidativas
5. Trastornos genéticos: congénitos, moleculares
6. Reacciones inmunitarias: anafilaxia, enfermedad autoinmune
7. Desequilibrios nutrimentales: deficiencias, excesos
8. Desequilibrios endocrinos: deficiencias y excesos hormonales
Todos afectan una o más reacciones químicas críticas o moléculas en el cuerpo. Casi todas ellas se deben a las causas 5, 7, 8. En la mayor parte de estas entidades, los estudios bioquímicos contribuyen con el diagnóstico y el tratamiento. Algunos usos importantes de las investigaciones bioquímicas y de las pruebas de laboratorio en relación con las enfermedades se resumen en el siguiente cuadro:
Cuadro. Algunas aplicaciones de las investigaciones y pruebas de laboratorio bioquímicas con respecto a las enfermedades
Aplicación
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Ejemplo
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1. Evidenciar las causas y los mecanismos básicos de los trastornos
2. Sugerir tratamientos razonados de las enfermedades basados en el punto anterior
3. Ayudar en el diagnóstico de padecimientos específicos
4. Actuar como pruebas de detección para el diagnóstico oportuno de algunas enfermedades
5. Ayudar en la vigilancia de la evolución (p. ej., recuperación, empeoramiento, remisión o recaída) de ciertos trastornos
6. Ayudar en la evaluación de las respuestas de las enfermedades al tratamiento.
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Demostración de la naturaleza de los defectos genéticos en la fibrosis quística.
Utilización de una dieta escasa en fenilalanina para tratar la fenilcetonuria
Empleo de la enzima creatincinasa MB (CK-MB) plasmática en el diagnóstico de infarto del miocardio
Cuantificación en sangre de la tiroxina o la hormona estimulante del tiroides (TSH) en el diagnóstico neonatal de hipotiroidismo congénito
Utilización de la enzima plasmática alanina aminotransferasa (ALT) para vigilar la evolución de la hepatitis infecciosa
Determinación del antígeno carcino-embrionario (CEA) sanguíneo en ciertos pacientes tratados de cáncer de colon
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Repercusiones del Human Genome Project, (H.G.P, proyecto del genoma humano)
sobre la bioquímica biología y medicina.
1990- HGP logro notorios progresos en la secuenciación del genoma humano – culmino en Julio 200 – anunciando que se había secuenciado mas del 90% del genoma 2001- publico versiones en borrador de la secuencia .
La secuencia se completo en 2003.
De acuerdo a estos estudios es posible aislar cualquier gen y, - mediante expresiones, de secuenciación y de gene no quedo muchos genes antes desconocidos han sido revelados, sus productos ya se han establecidos o están bajo estudios
Se han aclarado nuevos aspectos de la evolución del ser humano y se han refinado los procedimientos para rastrear gene Vinculados con Enfermedad.
Figura 1-2 muestran área de gran interés actual que se han desarrollado de manera directa como resultado del progreso logrado en el H.G.P. o el avance del mismo .
Como resultado del H.G.P. Han surgido muchos de los llamados campos de OMICA QUE COMPRENDEN estudios integrales de las estructuras y funciones de las moléculas que cada uno estudia.
Los productos de genes mol. De RNA y proteínas están bajo el uso de las técnicas de transcriptomicas y proteomicas.
* omica ( campo) – glucomica, lupodomica, metabolomica, nutrigenomica y farmacogenomica para mantenerse al día con la cantidad de información que esta generando BIOINFORMATICA – otro campo biotecnología, bioingeniería, biofísica y bioética. La biología célula madre ocupa un lugar preponderante en la investigación. La promesa de la TERAPIA GENETICA aun no se cumple pero parece probable tarde o temprano. Se han creados muchas puertas diagnosticas moleculares nuevas áreas como genéticas , microbiológicas e inmunológicas . La biología de sistemas también esta en ciernes. La biología sintética crea organismos a partir de material genético invitro.
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