Medio Interno

“Medio interno” fue un término introducido por Claude Bernard a finales del siglo XIX, para indicar el medio hidrosalino de un organismo, con sus propiedades físico-químicas correspondientes, que riega a todas y cada una de sus células.

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Claude Bernard

Como tal, el medio hidrosalino presenta unas propiedades físico – químicas que le caracterizan y afectan directamente a la supervivencia de las células, como son: el pH, la temperatura, la presión osmótica, densidad, gases, etc., así como la presencia de nutrientes esenciales, productos resultantes del metabolismo celular y señales químicas informativas, que suponen un continuo cambio de dichas propiedades, sin olvidarnos de los efectos que sobre las mismas pueda ejercer la influencia del medio ambiente externo al organismo

Para mas información puedes visitar el siguiente enlace http://www.webfisio.es/fisiologia/textos/mi.htm

Este primer tema de la asignatura servirá para que el alumno pueda entender los conceptos básicos y los principios fundamentales de la asignatura de Bioquímica y que de esta manera pueda comprender desde su base como las interacciones dentro del organismo pueden hacer que el individuo viva y para que mas adelante podamos comprender como las alteraciones de este equilibrio normal puede traer enfermedades.


CONTENIDO PROGRAMÁTICO

Agua, estructura, disociación, enlaces de hidrógenos.

Electrólitos, compartimientos, flujo, gradientes, ionización. Amortiguación, pH, pI (punto isoeléctrico), constantes de ionización.

Regulación del volumen y concentración de los líquidos del organismo. Espacios intra y extracelulares

Espacio Citoplasmático – Espacios Intermembranosos.

Mecanismos de transporte.

Bioenergética y motilidad. Concepto de energía libre. Concepto de entropía. Constante de equilibrio. Reacciones endergónicas y reacciones exergónicas. Acoplamiento

Compuestos y derivados de alto, medio y bajo contenido energético. Adenosín trifosfato. Glicerol 3 – fosfato. Derivados CoA. Creatín fosfato

Función metabólica

Carga celular. Uso de ATP en la motilidad

Radicales libres: Oz; OH; Enzimas superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT).

Organización intracelular. Membranas: Composición lípido-proteica; Asimetría y fluidez.


Energía

Es el componente fundamental del universo, es la capacidad que tiene la materia para producir trabajo, tradicionalmente también definido como multiples formas interconvertibles, la energía es necesaria para que un organismo pueda vivir.

Cuando hablamos de energía, podemos hacer referencia a su estudio, el cual es conocido como termodinámica que no es más que el estudio de las transformaciones energéticas que acompañan a los cambios de la materia, en organismos vivos, nos referimos a bioenergética la cual esta fundamentada en tres principios básicos los cuales son:

  1. Entalpía (H)
  2. Entropía (S)
  3. Energía ibre: relación entre ambas

La termodinámica surge durante el siglo XIX durante la revolución industrial, y se basa en tres leyes fundamentales:

  1. La cantidad de energía del universo es constante.

La energía no puede ser creada ni destruida, aunque sí puede ser transformada de un tipo a otra

2. Todos los sistemas del universo tienden al caos

La naturaleza esta en constante movimiento, nada es estático, por lo tanto todo esta en una continua interacción y por esto es que se dice que los sistemas tienden al caos

3. Cuando un sistema perfecto se aproxima al cero absoluto (0 K), el desorden tiende a cero

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Podemos decir que un sistema es el conjunto de los reactivos y productos presentes, el disolvente que los contiene y la atmósfera circundante, o dicho de otro modo todo aquello que esta contenido en una atmósfera circundante.

De esta manera nos conseguimos con dos clases de sistemas

  1. Sistemas abiertos: Intercambian energía y materia con el entorno. Las células son sistemas abiertos.

2. Sistemas cerrados: Sólo intercambian energía con el entorno

Se dice también que hay un tercer tipo de sistema, el cual es el aislado, pero dado que en la naturaleza se ve en muy contadas oportunidades o que solo puede ser recreado bajo condiciones experimentales en el laboratorio y no en su totalidad, hacemos énfasis en estos dos tipos antes mencionados

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Sistemas

Esta energía con esos sistemas puede tener dos maneras de intercambio:

  1. Calor (q): Movimiento celular aleatorio
  2. Trabajo (w): Movimiento molecular ordenado
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Josiah Willard Gibbs

J. Willard Gibbs, que desarrolló la teoría de las variaciones energéticas durante las reacciones químicas, demostró que el contenido de energía libre (G) de cualquier sistema cerrado puede definirse a partir de tres magnitudes conocidas como entalpía (número y tipo de enlaces), entropía (S) y temperatura absoluta expresada en ºK

La definición de energía libre es G= H -TS

Un proceso suele ocurrir espontáneamente solo si la variación de energía libre es negativa, no obstante la función celular depende principalmente de moléculas tales como proteínas y ácidos nucleicos para que la energía libre de formación para que las que tienen energía libre positiva: son menos estables y más ordenadas que una mezcla de sus componentes monoméricos.

En bioquímica para organismos vivos, se calcula la variación de energía libre en condiciones estándar

  • pH 7
  • 25 ºC ( 298 ºK)

Que una reacción sea espontánea se refiere a que pueda pasar o no, no debe confundirse con la velocidad de la misma.

Si:

    • ΔGº'<0, reacción exergónica. Espontánea
    •  ΔGº’>0, reacción endergónica. No espontánea
    •  ΔGº0, reacción en equilibrio

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Aquí vemos una tabla que podemos encontrarla en el libro Lehninger (4ta ED página 507), donde podemos ver la variación de energía libre estándar de algunas reacciones a pH 7 y 25 ºC.

La bioenergética está fundamentada en que en un conjunto de reacciones, las variaciones de energía libre estándar son aditivos, de esta manera una reacción muy endergónica puede impulsar una reacción exergónica, hay compuestos que pueden ser impulsores de reacciones químicas (como el ATP).

Para más información puedes leer el capítulo 1 del libro Lehninger (Principios de bioqímica) o cualquier texto universitario de la materia. Mencionado lo anterior, procedemos a explicar los principios fundamentales de otro de los compuestos sin los cuales pudiera ser posible la vida

El agua

Como ya sabemos, es el compuesto más abundante de los seres vivos, esto se debe a que la historia evolutiva de los organismos vivientes nos ha demostrado que los primeros indicios de vida se desarrollaron en medios acuosos, por lo tanto, sus propiedades son esenciales para el desarrollo, entre ellas destacan:

  • Adhesión entre moléculas: mediante interacciones débiles
  •  Su capacidad de ionización: constante de equilibrio, pH y sistemas amortiguadores.
  • Capacidad de solubilización

El agua posee alto punto de fusión, de ebullición y calor de vaporización, interactúa dentro de su misma molécula gracias a la carga parcialmente negativa sobre el oxígeno y la carga parcialmente positiva sobre el hidrógeno

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La atracción electrostática entre el átomo de oxígeno de una molécula de agua y el hidrógeno de otra se denomina puente de hidrógeno, son relativamente débiles, en el agua líquida tienen una energía de disociación de enlace aproximadament de 23 kJ/mol. El agua puede formar puentes de hidrógeno con los solutos polares, quiere decir que no son exclusivos del agua, se forman fácilmente entre un átomo electronegativo (aceptor de hidrógeno, normalmente oxígeno o nitrógeno con un par de electrones no enlazantes) y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo (dador de hidrógeno).

El agua tambien puede interactuar electrostáticamente con solutos cargados, es un disolvente polar que disuelve facilmente la mayoría de las biomoléculas que generalmente son compuestos cargados o polares, los compuestos que se disuelven fácilmente en el agua son conocidos como hidrofílicos, por el contrario, los disolventes apolares tales como el cloroformo y el benceno son malos disolventes de biomoléculas polares, pero disuelven fácilmente las que son hirofóbicas, tales como los lípidos y las ceras.

Además, disuelve sales como el NaCl mediante hidratación y estabilización de los iones de Na y Cl debilitando las interacciones electrostáticas entre ellos y contrarrestando así su tendencia a asociarse a una red cristalina, a medida que se disuelve una sal tal como el NaCl, los iones de Na y Cl que abandonan la red cristalina adquiere mas libertad de movimiento. La red cristalina del NaCl se destruye a medida que moléculas de agua se agrupan al rededor de iones de Na y Cl, las cargas ionicas son asi parcialmente neutralizadas y se debilitan las atracciones electrostáticas necesarias para la formación de la red.

Hay algunos compuestos conocidos como compuestos anfipáticos (aquellas moléculas que poseen un extremo hidrofílico o sea que es soluble en agua y otro hidrófobo o sea que rechaza el agua) que al estar en una solución acuosa quedan suspendidos en el agua en forma de micelas, que exponen al agua la menor superficie hidrofobica posible, la micela se estabiliza gracias a la energía ganada en la liberación de moléculas de agua inmovilizadas.

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El agua es el 70% del peso de un hombre promedio, esta distribuida en varios compartimientos, el líquido intracelular representa 70% del agua y 49% del peso de la persona, en líquido intersticial encontramos 20% del agua para un 40% del peso, en el plasma sanguíneo tenemos 7% del agua y 5% del peso y en otros  líquidos corporales, 3% del agua y 2 % del peso.

Materia vs Vida

La materia se diferencia de los organismos vivos gracias a una serie de caracteristicas únicas, si bien es cierto que la materia inorgánica forma parte importante de la vida, es el almacenamiento de energía para su propio mantenimiento y capacidad para perpetuar la especie la que hace que sea única. Por su lado la materia inanimada es simple y de poco orden dentro de sus moléculas constituyentes, la materia viva por su lado posee alto grado de complejidad

 Seres vivos, materia inerte

Poseen tambien sistemas para la extracción, transformación y uso de la energía del entorno para su aprovechamiento, tienen capacidad para autorreplicarse y autoensamblarse, mecanismos para detectar y responder a las alteraciones en su entorno, la existencia de funciones definidas para cada uno de sus componentes y la regulación de las interacciones entre ellos y capacidad de cambios con la evolución para adaptarse a los cambios en el ambiente.

Niveles de organización química

Primer nivel Unidades monoméricas, como nucleótidos, aminoácidos y azúcares

Segundo nivel:  Macromoléculas como el ADN, proteínas, celulosa

Tercer nivel: Complejos supramoleculares como cromosomas y paredes celulares

Cuarto nivel: Las células y sus organelas

Toda célula posee unas características generales sin dependencia alguna del tipo que sea y ellas son la existencia de tres organelos fundamentales: núcleo donde se encuentra la información genética, la membrana plasmática que delimita el medio interno con el medio externo y el citoplasma que es donde se encuentran en suspensión todos los elementos celulares (es también conocida como la parte soluble de la célula).

 Las células bacterianas por su lado, poseen otras estructuras que la diferencian del resto: Ribosomas, membrana celular, flagelos y un nucleoide.

La célula animal por otra parte posee los siguientes organelos de función bien definida:

Ribosomas: sintesis de proteínas

Peroxisomas: destruyen peroxidos

Citoesqueleto: le confiere sostén

Complejo de Golgi: empaquetamiento y exportación de proteinas a otros organelos

Núcleo: contiene los genes

Nucleolo: síntesis de ARN

Mitocondrias: producción de ATP

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