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DEFINICIÓN Y APLICACIÓN DE LA BIOQUÍMICA
Bioquímica
Describe
Estructura Organización Función
Materia viva
Términos moleculares
Objetivo de la Bioquímica
materia viva
leyes que rigen los procesos vitales
regularlos y producirlos en condiciones artificiales.
Conocimiento
Establecer
Finalidad
Estudio del metabolismo
La electroforesis es un método de laboratorio en el que se utiliza una corriente eléctrica controlada con la finalidad de separar biomoléculas según su tamaño y carga eléctrica a través de una matriz gelatinosa.
La cromatografía es la técnica que separa una mezcla de solutos basada en la velocidad de desplazamiento diferencial de los mismos que se establece al ser arrastrados por una fase móvil (liquida o gaseosa) a través de un lecho cromatográfico que contiene la fase estacionaria, la cual puede ser sólida o líquida.
TECNICAS USADAS EN LA INVESTIGACIÓN BIOQUÍMICA
La espectrometría es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el instrumento que realiza tales medidas es un espectrómetro o espectrógrafo.
Fluorimetría Se fundamenta en las propiedades de algunos compuestos de emitir fluorescencia. En los alcaloides la fluorescencia es proporcional a la concentración.
TECNICAS USADAS EN LA INVESTIGACIÓN BIOQUÍMICA
La difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina.
Resonancia magnética nuclear: es una técnica que permite obtener imágenes del organismo de forma incruenta (no invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del espacio
TECNICAS USADAS EN LA INVESTIGACIÓN BIOQUÍMICA
E X T R A C C ION
SA C AR O SA 0.25 M.
P.H .= 7.4
T E MP= 0-40 C .
H O MO G EN IZAC ION
A G IT A DO-E N SAC A R O SA
O B T E NC .C OM PO NE N T ES
C E L U L A R ES
C E N T RIFU G A C ION
SU B FR AC C IO N AM IE N TO
C O N TE N IDO HO M OG E N IZA DO
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B IOM OL E C U L AR ES
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SIN T E SIS-DEG R A DA C ION
M O L EC U L AR
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E N ZIMA -PR OT E INA
Q U E C ODIFIC A
C L O NA C IO N G E NE T IC A
G E N E S C O DIFIC A DO R ES
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C E L U L AS T E J IDOS O R G A N OS
A SPE C T O S
C U A N T IT A T IVO
C U A L IT A T IVO
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Q U IM IC A
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B IO MO L E C U L AS
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M E C AN ISMO
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H O RM ON AL
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C E L U L A R ES
IN T E R V IE N EN
E N ZIM AS
H O R MO N AS
A N A L ISIS
PU R IFIC A C ION
L O G RO S IMPO R TA N TE S DE L A BIO Q U IM IC A
AVANCES EN PATOLOGÍA MOLECULAR
Lesiones moleculares
Anemia falciforme
Fibrosis quística
Hemofilia
Mecanismos moleculares que contribuyen al desarrollo del cáncer
Hormonas
Enzimas
Genética
Diseño racional de fármacos
Inhibidores enzimáticos
Interrumpir ciclo vital , replicaciónVirus VIH
Desarrollo Virus y bacterias
FactoríasProteinas
InsulinaCélulas Sanguíneas
Otros avances -Bioquímica
EJEMPLOS DE ENFERMEDADES MOLECULARES
Enfermedades origen hereditario
HemofiliaAnemias hemofílicas
Grandes enfermedades somáticas
Diabetes
Enfermedades de etiología exógena
Infecciones y deficit de vitaminas
Cáncer
Enfermedades neurológicas
EsquizofreniaNeurodegenerativas
APLICACIONES BIOQUÍMICAS AL DIAGNÓSTICO
Modificaciones del pH de fluidos Biológicos
Orina y sangre Origen de patologías
Detección de micoorganismos (bacterias y virus)
Ensayos enzimáticos y moleculares
Proteínas ácidos nucleicosanticuerpos
Prevención y diagnóstico de malformaciones congénitas
Análisis de células congénitas
Detección de marcadores de células tumorales
ORIGENADECUACIONMOLECULAR
ENZIMAS CATALIZADOR METARENDIMIENTO 100%
HIPOTESIS TRANSFERENCIA
ESTUDIO HERENCIA BASEMOLECULAR
CELULAORGANISMO
ESTUDIO
COMPORTAMIENTOMEMORIA
ENFERMEDADES
ANALISIS
ESTUDIO TEORIAS EVOLUTIVAS
ASPECTOS
DIFERENCIACIONCELULAR
BIOQUIMICA COMO CIENCIA
A.A/ PROTEINASNUCLEOTIDOS
E. CELULAR
DIFERENCIACION
ECTODERMOENDODERMOMESODERNO
SEGUN
MACROMOLECULAS PROTEINAS-AC.NUCLEICOSALMIDON-CELULOSA
CONSTITUCION CELULAR
IDENTIDAD CELULAR PROTEINASAC.NUCLEICOS
DIFERENTES ENCADA CELULA
A PARTIR DE 10 A.A.ORGANISMOS VIVIENTES
MONONUCLEOTIDOSBASE
PROTEINASHORMONAS,ALCALOIDESPIGMENTOS
AMINO ACIDOS (A.A)
COENZIMAS TRANSP ENERGIA
SILLARES ESTRUCTPRECURSORES
AC- NUCLEICOS
MILLONES BIOMOLEC.PROTEICAS DIFEREN
PR O C E DE N C IA
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C O MU N
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PR O C E SOS
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C O NJ U N TO
M O L EC U L AS
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M E T A
B IO Q U IM IC A
A X IO MA S DE L A B IO Q U IM IC A
LA CELULA Y SUS ORGANELAS
FUNCIONES
NUCLEO UBICAC.DE CITOCROMOS TRANSC.
MITOCONDRIAS CICLO AC. CITRICO.FOSFOR.OXI.
RIBOSOMA R.N.A. SINTESIS PROTEICA
ORGANELA
.
MARCADOR
GLUTAMICO DESHIDROG.
D.N.A.
ALMACEN HIDROL.ENZIMAS DEGRAD.
MEMBRANA PLASMATICA
FOSFATASA ACIDALISOSOMAS
SINTESIS-LIPIDOS;OXID.CITOCROMOSGLUCOSA 6 FOSFATASARETICULO ENDOPLASMICO
DEGRAD.AC GRASOSY A.A. H202CATALASA,OXIDASA.AC.URICOPEROXISOMA
DISTRIB.INTRACEL-PROTEINASGALACTOSIL TRANSFERASAAPARATO DE GOLGI
TRANSP.MOLEC.INTER.EXTE.CELULANa+,K+,A.T.P. ASA
RELACION BIOQUIMICA-MEDICINARELACION BIOQUIMICA-MEDICINA
ACIDOS NUCLEICOS PROTEINAS
BIOQUIMICA
MEDICINA
ENFERMEDADES
GENETICAS
ANEMIA DE CELULAS
FALCIFORMES
ARTERIOSCLEROSISDIABETES
LIPIDOS CARBOHIDRATOS
BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULASBIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
LípidosGlúcidos A. NucleicosProteínas
como
Orgánicas
Oligoelementos(Ca, Na, K, I, Fe, etc)
Primarios(C, H, O, N, P, S)
Biomoléculas
forman
Simples
N2, O2
como
Propiedadesfísico- químicas
Funcionesbiológicas
DisolventeBioquímicaTransporte
presenta
Elevada fuerza de cohesiónAlto calor específicoAlto calor de vaporizaciónAlta constante eléctricaMayor densidad en estado líquido
como como
se encuentran
Disueltas(Na+, Cl-)
Precipitadas(CaCO3)
Inorgánicas
S.mineralesAgua
como
pueden ser
C O NS E R VA
FO R M A -E S T RU C T U R A
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B IO MO L E C U LA
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C E L U L AS
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PROPIEDADES FUNCIONES
ESTRUCTURA MOLECULARESTRUCTURA MOLECULAR
AGUAAGUA
REABSORCION DE AGUA PAREDES TRACTO GASTRO INTESTINAL
TORRENTE CIRCULATORIOMEMBRANA CELULARFIN
MANTENER EQUILIBRIO
OSMOTICOHIDROSTATICO
ORGANISMOGARANTIZA
TRANSPORTE
MINERALES
NUTRIENTES
DESECHOS
PROCESO METABOLICO DEL AGUA
REGULARIZADA POR EL SODIO QUE ENTRA AL ORGANISMO
PLASMA SANGUINEOAGUA ABSORBIDA A NIVEL DEL INTESTINO
Na
CONTROLA EL VOLÚMEN DE AGUA A NIVEL
INTRACELULAR
HORMONA ALDOSTERONA
CELULA
CONTROL DE LA SED E
INGESTIÓN DE SAL
VARIACIONES
INGESTIÓN EXCRECIÓN
AGUA
MANTIENEN LA OSMOCONCENTRACIÓN HIDRICA DEL CUERPO
EL AGUA A NIVEL
INTRACELULAR
50%
EL AGUA A NIVEL
EXTRACELULARLIQUIDO
INTERSTICIAL Y TEJIDOS
10%
PRODUCTO FINAL DEL
METABOLISMOUREA
REQUERIMIENTOS DE AGUA PARA LA EXCRECIÓN
MAMÍFEROS
REQUIERE GRANDES
CANTIDADES DE AGUA PARA
SU ELIMINACIÓN
PRODUCTO FINAL DEL
METABOLISMOACIDO URICO
AVES
REQUIERE POCAS
CANTIDADES DE AGUA PARA
SU ELIMINACIÓN
Por desdoblamiento de proteínas
FACTORES QUE REGULAN LA EXCRECIÓN DE AGUA
PROCESOS CORPORALES Ej :
DIETA
PRODUCTOS FINALES DEL METABOLISMO
ETAPAS DEL DESARROLLO
GALLINAS EN ALTA POSTURA
VACAS LECHERAS
R E T E N C IO N Y E X C R E C ION
A G U A P O R LO S R IÑ O N E S
H O RM ON A AN T ID IU R E T IC A
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S IS T E MA AM OR T IG U A DOR
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C O N T E N IDO DE G AS C AR B ON IC O
S A NG R E V E NO SA
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IN FE R IO R A 7 .35
G E NE R A
C E T O A C IDOS IS DIA B E T IC A
A C IDOS IS L A C T IC A
A L C A LO S IS : P H S A N G U IN E O
M A Y OR DE 7.45
C O NS E C U E NC IAS
V O M IT O DE L C O N T E N IDO-J U G O
G A S T R IC O
C O N T R O L -D IU R E T IC OS
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C A M B IO S T E R M IC OS
ANIMALES SIN GLANDULASSUDORIPARAS
BOVINOSOVINOS
PORCINOS
PERDIDA DE CALOR
VIA PULMONAR
CABALLOAGUA SE CONDENSA
EN EL PELOEVAPORACION
ENFRIAMIENTOPERDIDA -CALOR
IMPORTANCIA BIOMEDICA DEL AGUA
HOMEOSTASIS
CONSERVACION DE LACOMPOSICION DELMEDIOL INTERNOESENCIAL-SALUD
DISTRIBUCION-AGUAPOR EL CUERPO
PRESERVACION P.H-CONCENTRACIONESELECTROLILTICAS
APROPIADAS
55 A 65% PESO CORPORALLIQUIDO INTRACELULAR
25% LIQUIDO EXTRACELULAR
Genera
SALINIDAD DEL AGUA
AGUASUBTERRANEA
TOLERANCIASALINIDAD
SALINIDAD
LEVE :1000-3000 Mg /litro .S.T.DMODERADA: 3000-10000 mg/Litro. S.T.D.
ELEVADA:10000-35000.Mg/litro. S.T.D..Cl , M g, Fe, Zn, Na , Ca
POSEE :S.T.D.
LEVE
MODERADABOVINOS,OVEJAS,CABRAS
CERDOS,CABALLOS
AVES
ELEVADA DIARREA,ABORTOMUERTE
AGUA MARINA CONTIENE:/litro410 Mg CALCIO
19440 Mg Cl10813 Mg Na
2713 Mg Sulfatos
PAPEL DEL AGUA EN EL CONTROL DE LA TEMPERATURA CORPORAL
TEMPERATURA
ELIMINACIONCALOR EXCEDENTE
EVAPORACION AGUAPULMONES
RITMO RESPIRATORIO
MECANISMOSREGULACION
TERMICA
TEMPERATURASUP-MEDIO AMBIENTE
PRODUCCION
ELIMINACION
CALOR
REGULA
FRECUENCIA RESPIRATORIA
AUMENTO FLUJOSANGUINEO
PERIFERIA CORPORALDILATACION DE CAPILARESDISIPACION
CALOR
FACTORES QUE REGULAN LA EXCRECION DE AGUA
NATURALEZA DE LA DIETA NIVEL DE FORRAJE CONSUMIDO
BAJA DIGESTIBILIDAD
LAXATES
FORRAJE JOVEN
AUMENTANEXCRECION
DEAGUA
PRIVACION DE AGUA DIFICULTADES
TRANSTORNOS FUNCIO.RUMEN
INCOORDINACION-MOVIMIENTOS
REDUCCION 50% CONSUMO NORMAL
SOBRE PASA 10% PESO CORPORAL
REDUCCION 27% CONSUMO
AN
OR
EX
IASE
D
PERDIDAS MAYORES REDUCCION DEL CONSUMO AUMENTO VISCOCIDAD-SANGREDIFICULTAD
CIRCULATORIAAUMENTO
RITMO CARDIACO
ELEVACION TEMPETATURA-MUERTE
ELEMENTOS NUTRITIVOS Y TOXICOS DEL AGUA
REDUCCIONGANANCIA-PESO
PRODUCCION-LECHEPOSTURA
EFICIENCIA ALIMENTARIA
CONTAMINANTESSEDIMENTOSMINERALES
DESECHOS INDUS.
AGUA IDEALCONSUMO
ANIMAL
VERTIENTELAGUNA
AGUAS BLANDAS-NO SALINAS
DESBALANCES EN EL EQUILIBRIO ÁCIDO - BASE
ACIDOSIS
Exceso de ácido o deficiencia de bases
- respiratoria
- metabólica
ALCALOSIS
Exceso de base o deficiencia de ácido
- respiratoria
- metabólica
7.38 7.40 7.42
IMPORTANCIA DEL MANTENIMIENTO DEL PH
[H+] afecta:
Conformación de proteínas Reacciones donde el H+ es producto o reactivo Liberación de O2 de la Hb
H+ = 40 nM + 2 nM
7.38 7.40 7.42 pH
Acidosis Alcalosis
CONDICIONES GEOMETRICAS
ENLACES COVALENTESFORMEN UN DIPOLO PUENTES DE HIDROGENO
OXIGENO CARGA PARCIAL - 2HIDROGENO CARGA PARC +1
ESTRUCTURA
FACILITA FUNCIONAMIENTOPROTEINAS,ACIDOS NUCLEICOS
BIOMOLECULAS
PARTICIPACION EN REACCIONESACIDO BASE
DISUELVE SUSTANCIAS IONICAS POLARES
POLARIDAD
ATRACCION ENTRE UN ATOMODE HIDROGENO DE UNA MOLECULA DE AGUA
Y UN ATOMO DE OXIGENO DE OTRA MOLECULADE AGUA
CARÁCTER DIPOLARPOSITIVO Y NEGATIVO
QUIMICA DEL AGUA
PUENTES DE HIDROGENO
O
H
H
OO
H
H
H
H
HHO
O
O
UTILIDAD DE LOS PUENTES DE HIDROGENO Y POLARIDAD EN EL AGUA
SOLVENTEPROD.METAB DESECHOS.
IONES Y MOLEC.ORGANICAS
REACCIONES DEGRUPOS IONICOS
POLARES
MOLECULAS QUEFORMAN PUENTES
DEHIDROGENO CONEL AGUA
OH- AMINAS-ALDEHIDOSESTERES,CETONAS ,SH
FACILITA IONIZACIONDE
COMPUESTOS QUIMICOS
TRANSPORTE AL INTERIOR Y EXT.SUSTANCIAS
FAVORECE EL ENCUENTRO IONICOPASO DE SUST. A TRAVES DE LA
MEMBRANA PLASMATICA
AMORTIGUADORLUBRICANTE
EVITA ROSAMIENTOORGANOS-HUESOS
CAPACIDAD REACTDEL AGUA
NUCLEOFILICA:AGUACON CARGA ELECTRI.ATACA A POLIMEROSHIDRÓLISIS-DEGRADPROTEINAS A AMINO
ACIDOS
Tensión superficialTensión superficialAcción Capilar e ImbibiciónAcción Capilar e ImbibiciónResistencia a los cambios de Resistencia a los cambios de temperaturatemperaturaVaporizaciónVaporizaciónCongelamientoCongelamiento
CONSECUENCIAS DEL PUENTE CONSECUENCIAS DEL PUENTE DE HIDROGENODE HIDROGENO
AGUAAGUA
TENSIÓN SUPERFICIALTENSIÓN SUPERFICIAL
AGUAAGUA
ALTO CALOR ESPECÍFICO: La cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua
AGUAAGUA
ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN: Es el número de calorías necesarias para transformar en vapor un gramo de líquido
AGUAAGUA
Punto de fusión, ebullición y calor de vaporizaciónde algunos solventes comunes
Agua 0 100 2,260
Metanol (CH2OH) - 98 66 1,100
Propanol (CH3(CH2)2CH2OH) -127 97 687
Butanol (CH3(CH2)2CH2OH -90 117 590
Acetona (CH3COCH3) -95 56 523
Benceno (C6H6) 6 80 394
Cloroformo (CHCl3) -63 61 247
Fusión Ebullición Calor de (C) (C) vaporiz.
(J/g)*
* medida de energía requerida para romper fuerzas atracción entre moléculas
Hielo Agua
Puentes de H y MovimientoPuentes de H y Movimiento
Hielo: 4 puentes-H por molécula de Hielo: 4 puentes-H por molécula de aguaagua
Agua: 3.4 puentes-H por molécula de Agua: 3.4 puentes-H por molécula de aguaagua
Hielo: tiempo de vida de puente de H – Hielo: tiempo de vida de puente de H – aprox. 10 microsecaprox. 10 microsec
Agua: tiempo de vida de puente de H – Agua: tiempo de vida de puente de H – aprox. 10 psec (10 psec = aprox. 10 psec (10 psec = 0.00000000001 sec)0.00000000001 sec)
Comparación entre Hielo y Comparación entre Hielo y AguaAgua
1.1. Comportamiento cohesivo del Comportamiento cohesivo del aguaagua
2.2. Capacidad para regular la Capacidad para regular la temperaturatemperatura
3.3. Su expansión al congelarseSu expansión al congelarse
4.4. Su versatilidad como solventeSu versatilidad como solvente
Propiedades del Propiedades del aguaagua
Iones están siempre hidratados en agua y Iones están siempre hidratados en agua y llevan alrededor una “cubierta de llevan alrededor una “cubierta de hidratación"hidratación"
Agua forma puentes de H con solutos Agua forma puentes de H con solutos polares, p.ej. glucosapolares, p.ej. glucosa
Interacciones HidrofóbicasInteracciones Hidrofóbicas
Propiedades Solventes Propiedades Solventes del Aguadel Agua
AGUAAGUA
También llamadas "anfipáticas"También llamadas "anfipáticas" Se refiere a moléculas que contienen Se refiere a moléculas que contienen
tanto grupos polares como no polarestanto grupos polares como no polares También: moléculas que son atraídas a También: moléculas que son atraídas a
ambientes tanto polares como no polaresambientes tanto polares como no polares Ejemplos – ácidos grasosEjemplos – ácidos grasos
Moléculas AnfifílicasMoléculas Anfifílicas
Un soluto no polar "organiza" el Un soluto no polar "organiza" el aguaagua
La red de puentes de H del agua La red de puentes de H del agua se reorganiza para acomodar al se reorganiza para acomodar al soluto no polarsoluto no polar
Incremento en el "orden" del Incremento en el "orden" del aguaagua
Disminución de la Disminución de la ENTROPENTROPÍÍAA
Interacciones Interacciones HidrofóbicasHidrofóbicas
MOLECULA DE CLATRATO( CICLO HEXANO EN AGUA)
Cabeza: grupo hidrofílico
Moléculas altamente ordenadas forman “jaulas” alrededor de las
cadenas hidrofóbicas
Dispersión delípidos en agua
Cada molécula de lípidofuerza a las moléculasde agua que la rodeana estar muy ordenadas
Compuestos anfipáticos en solución
“Clusters” demoléculas lipídicas
Sólo porciones delípidos al borde de loscúmulos fuerzan elordenamiento del agua.Menos moléculas deagua están ordenadas y la entropía aumenta
MicelasTodos los gruposhidrofóbicos estánsecuestrados delagua; se minimiza lacapa de moléculasde agua y la entropíaaumenta
IONIZACIÓN AGUAIONIZACIÓN AGUA
•Agua :solvente universal para sistemas biológicos
•Molécula se puede disociar en cantidades extremadamente pequeñas para formar:
•iones hidronio: H3O+
•iones hidroxilo: OH-
2H20 H30+ + OH-
•A 25°C la concentración de [H+] y [OH-] es 1 x 10-7 M
•La concentración de H20 es 55.5 M y se asume constante
•El producto de las concentraciones de [H3O+] y [OH-] es constante e igual a 10-14 → producto iónico (Kw)
pH = -log[H+] pOH = -log[OH-]
H20 H+ + OH-
[H+] [OH-]Keq = [H2O]
Equilibrio, constante de disociación y producto iónico
100 M (1) 0 10-14 1410-1 1 10-13 1310-2 2 10-12 1210-3 3 10-11 1110-4 4 10-10 1010-5 5 10-9 910-6 6 10-8 810-7 7 10-7 710-8 8 10-6 610-9 9 10-5 510-10 10 10-4 410-11 11 10-3 310-12 12 10-2 210-13 13 10-1 110-14 14 100 0
[H+](M) pH [OH-](M) pOH
ESCALA DE pH
Fluido pH [H+] mol/L
Plasma•Acidemia extrema 7.0 1 x 10-7
•Normal 7.4 4 x 10-8
•Alcalemia extrema 7.7 2 x 10-8
Jugo pancreático 8.0 1 x 10-8
Acidez urinaria máxima 4.5 3 x 10-5
Jugo gástrico 2.0 1 x 10-2
El pH y la [HEl pH y la [H++] en los fluidos ] en los fluidos corporalescorporales
C O NTR OLA N E X CE SOA C,.FU ER TE ,BA SE D EB ILD A ND O O C ED IE ND O H+
M A NTEN ERC O NS TAN TE
C O NC EN TR A CIONH IDR OG E NION ES
P E QU EÑ ASC A NTID AD ESA C .FU ER TE
B A SE FU ER TE
S US TAN CIAS QU IM ICASE S TA BLES A C AM BIOS
M OD E RA DO S D E PH
A LTE R CIO NE S M ETA BO LIC ASIN GE S TIO N M ATE RIAL
D E SC O MP UE S TO , FO R RA JEP O CO DE SH IDR A TA DO
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S O LU CIO NE S B U FFER AM OR TIGU AD OR AS DE PH
PUNTO ISOELECTRICO
PH DE PROTEINA-NEUTRO = 7
MEDIO ACIDO PROTEINA DISOCIA COMO BASE LIBERA GRUPOS NH2 CAPTURAN HIDROGENO
NH2 + H+ NH3
MEDIO BASICO PROTEINA DISOCIA COMO ACIDO LIBERA GRUPOS COOH CEDEN HIDROGENO FORMACION DE H2O
COOH- COO- + H+
BUFFER DE HEMOGLOBINA:COMPUESTA
PROTEINA GLOBIN
HEME COLORANTE ROJO
TRANSPORTE DE OXIGENO OXIHEMOGLOBINA HHbO2 (FUERTEMENTE ACIDA )
LIBERACION DE OXIGENO TEJIDOS HEMOGLOBINA REDUCIDA HHb
FUNCIONES
HHb02 HHb
- OXIGENO
TEJIDOS
DISOCIACION : H + + HB - HHb
INTERIOR GLOBULOS ROJOS HEMOGLOBINA REACCIONA CON IONES K + FORMANDO
HEMOGLOBINATO DE POTASIO AMORTIGUADOR H2C03
KHb + H2CO3 HHb + K + + HCO3 -