Bernardo Herradón

¿Puede la química aportar algo a la biotecnología?
Bernardo Herradón García
CSIC y RSEQ
10 de julio de 2013
CURSO DE BIOTECNOLOGÍA ELEMENTAL 2013
“BIOTECHNOLOGY EXPLORER”
Científicos de
de la
la naturaleza
naturaleza
Científicos
Materia
Energía
Interacción entre la materia y la energía
Geología
Física
Química
Biología
Matemáticas
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Materia
Energía
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Química
Biología
Ecología
Ciencias medioambientales
Toxicología
Bioquímica
Biología molecular
Biotecnología
Astrofísica
etc….
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Biología
Bioquímica
Biología molecular
Biotecnología
Biomedicina
La biología moderna tiene una aproximación molecular
Las moléculas tienen un papel relevante
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Biotecnología:
área multidisciplinar con múltiples aplicaciones
Ciencias básicas: biología celular, genética, bioquímica,
biología molecular, biofísica, química, matemáticas,…
Ciencias aplicadas: ingeniería industrial (procesos),
ingeniería química, medicina,….
Aplicaciones: medicina, genética (pruebas y terapias),
agricultura, alimentación, cosmética, medio ambiente,
síntesis química de productos de alto valor añadido,…
Relevancia de la química
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¿Qué es la Química?
La química es la ciencia que estudia la composición,
estructura, propiedades y transformaciones de la materia,
especialmente a nivel atómico y molecular.
La materia que conocemos está formada por partículas más
pequeñas: las moléculas, que están formadas por átomos.
Las moléculas son los componentes básicos de la materia que
nos rodea.
Por lo tanto, todo es química.
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Átomo, elemento químico.
Elemento químico: sustancia formada por una única clase de átomos (con el
mismo número de protones en el núcleo).
Toda la materia está formada por sólo 90 clases de átomos.
¿La Química empieza en los electrones?
Responsable de los enlaces químicos, que es lo que hace que la materia sea
estable.
Enlace químico (interacción entre electrones): la interacción que mantiene
a los átomos unidos en la molécula. Pero la posición de los núcleos es
fundamental.
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DIMÍTRI IVÁNOVICH MENDELÉIEV (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Químico ruso, creador de la Tabla Periódica de los elementos.
Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos base del sistema periódico que lleva su nombre.
En 1869 publicó la mayor de sus obras, “Principios de Química”, donde formulaba su famosa Tabla Periódica, traducida a todas las lenguas y que fue
libro de texto durante muchos años.
Se considera a Mendeléiev un genio, no sólo por el ingenio que mostró para aplicar todo lo conocido y predecir lo no conocido sobre los elementos
químicos, plasmándolo en su tabla periódica, sino por los numerosos trabajos realizados a lo largo de toda su vida en diversos campos científicos y
tecnológicos (agricultura, ganadería, industria petroquímica, etc).
Se nombró Mendelevio (Md) al elemento químico sintético de número atómico 101 en homenaje al ilustre químico ruso. El día 2 de febrero de 2007
se cumplió el centenario de su muerte.
1
1
6,941
+1
Li
11
3
9,0122
22,990
+1
Rb
55
+1
137,33
56
Ba
[Xe] 6
CESIO
(223,02)
+1
[Rn] 7 s1
FRANCIO
+3
Lu
[Xe] 4f145d16s2
LUTECIO
119
88 (226,03)
Ra
Zr
Lr
+3
5f147s17p1?
[Rn]
LAURENCIO
Nb
+4
+3
+5
[Kr] 4d45s1
NIOBIO
95,94
+2
+3
+4
+5
[Kr] 4d55s1 +6
MOLIBDENO
Mo
+5
+2
+3
+4
+6
[Ar] 3d54s2 +7
MANGANESO
Mn
Ru
186,21 76
Re
¿?
5f146d27s2?
[Rn]
RUTHERFORDIO
¿?
Db
Sg
5f146d37s2
[Rn]
DUBNIO
Bh
5f146d47s2
[Rn]
SEABORGIO
¿?
5f146d57s2
[Rn]
BOHRIO
Co
+3
+4
+8
+2
+3
[Kr] 4d85s1
RODIO
+4
+6
+8
[Xe] 4f145d66s2
OSMIO
¿?
5f146d67s2
[Rn]
HASSIO
6
+2
+3
+1
+2
+3
+4
+2
+4
[Kr] 4d10
PALADIO
192,22 78
Mt
195,08 79
Pt
¿?
¿?
5f146d97s1
[Rn]
DARMSTADTIO
[Rn]
MEITNERIO
+1
+2
26,982 14
112,41
196,97 80
Au
+1
+3
Rg
¿?
+3
+5
-3
+2
+4
Sb
+3
+5
-3
207,2
83
35
208,98 84
79,904 36
53
127,60
(208,98) 85
83,798
Kr
138,91 58
57
La
+3
[Xe] 5d16s2
LANTANO
89
(227,03) 90
Ac
+1
+3
[Rn] 6d17s2
ACTINIO
GASEOSOS
SÓLIDOS
LÍQUIDOS
(30ºC)
SINTÉTICOS
140,12 59
Ce
+3
+4
[Xe] 4f15d16s2
CERIO
232,04 91
Th
+4
[Rn] 6d27s2
TORIO
140,91 60
Pr
+3
[Xe] 4f36s2
PRASEODIMIO
+3
+4
+5
+3
[Xe] 4f46s2
NEODIMIO
231,04 92
Pa
[Rn] 5f26d17s2
PROTOACTINIO
(144,91) 62
144,24 61
Nd
+3
Pm
238,05 93
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f36d17s2
URANIO
U
(237,05) 94
NO-METAL
+2
+3
[Xe] 4f66s2
SAMARIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f46d17s2
NEPTUNIO
Np
150,36 63
Sm
[Xe] 4f56s2
PROMETIO
Tl
113
(285)
¿?
126,90 54
131,29
0
+2
+4
+6
[Kr] 4d105s25p6 +8
XENÓN
(209,99)
86
Xe
Pb
(284) 114
Bi
(222,02)
(289) 115
(288) 116
¿?
¿?
[Rn]5f146d107s27p1
[Rn]5f146d107s27p2
[Rn]5f146d107s27p3
UNUNCUADIO
UNUNPENTIO
Rn
At
Po
(289) 117
118
¿?
¿?
Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
[Rn]5f146d107s2
UNUNBIO
(244,06) 95
GASES
NOBLES
+2
+3
UNUNTRIO
157,25 65
+3
Gd
[Xe] 4f76s2
EUROPIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f67s2
PLUTONIO
Pu
151,96 64
Eu
(243,06) 96
(247,07) 97
+3
METALES
ALCALINOTÉRREOS
Dy
+3
+4
SEMICONDUCTOR
* Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable
** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición
[Xe] 4f106s2
DISPROSIO
(247,07) 98
Bk
[Rn] 5f97s2
BERQUELIO
[Rn] 5f76d17s2
CURIO
162,50 67
+3
+3
[Xe] 4f96s2
TERBIO
Am Cm
METALES
ALCALINOS
158,93 66
Tb
[Xe] 4f75d16s2
GADOLINIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f77s2
AMERICIO
0
2
4
I
[Rn]5f146d107s27p4 [Rn]5f146d107s27p5 [Rn]5f146d107s27p6
UNUNHEXIO
UNUNSEPTIO
UNUNOCTIO
120
[Uuo] 8s2
UNBINILIO
0
[Ar] 3d104s24p6
CRIPTÓN
+1
+3
+5
+7
[Kr] 4d105s25p- 51
YODO
+4
+6
-2
39,948
Ar
Br
[Kr] 4d105s25p4
TELURIO
0
[Ne] 3s23p6
ARGÓN
+1
+3
+5
+7
[Ar] 3d104s24p5- 1
BROMO
+4
+6
-2
Te
[Kr] 4d105s25p3
ANTIMONIO
35,453 18
Cl
78,96
Se
20,180
Ne
[He] 2s22p6
NEÓN
+1
+3
+5
+7
[Ne] 3s23p5 - 1
CLORO
+2
+4
+6
-2
[Ar] 3d104s24p4
SELENIO
121,76 52
118,71 51
Sn
[Kr] 4d105s25p2
ESTAÑO
204,38 82
81
Uub
ROENTGENIO
+3
34
74,922
As
[Ar] 3d104s24p3
ARSÉNICO
-1
F
[He] 2s22p5
FLÚOR
+1
+2
+3
+2
+1
0
+3
+4
+5
+4
+3
2
+5
+7
- 15 [Xe]4f145d106s26p6
[Xe]4f145d106s26p1 [Xe]4f145d106s26p2 [Xe]4f145d106s26p3 [Xe]4f145d106s26p4 [Xe]4f145d106s26p
RADÓN
POLONIO
TALIO
PLOMO
BISMUTO
ASTATO
+1
+2
[Xe] 4f145d106s2
MERCURIO
[Rn]5f146d107s1
114,82 50
In
33
+2
+4
[Ar] 3d104s24p2
GERMANIO
[Kr] 4d105s25p1
INDIO
200,59
Hg
Ge
S
[Ne] 3s23p4
AZUFRE
0
1s2
HELIO
18,998 10
-1
-2
32,065 17
+3
+5
-3
P
[Ne] 3s23p3
FÓSFORO
72,64
+3
49
+2
Cd
[Xe] 4f145d106s1
ORO
69,723 32
Ga
15,999 9
O
He
17
[He] 2s22p4
OXÍGENO
30,974 16
15
[Ne] 3s23p2
SILICIO
[Ar] 3d104s24p1
GALIO
14,007 8
N
+2
+4
-4
Si
16
+2
+3
+4
+5
[He] 2s22p3 - 2
NITRÓGENO- 3
+2
+4
-4
28,086
+3
31
+2
[Kr] 4d105s2
CADMIO
(281) 111 (272,15) 112
Ds
5f146d77s2
Ag
[Kr] 4d105s1
PLATA
+1
+2
+2
+4
+3
+4
[Xe] 4f145d76s2 +6 [Xe] 4f145d96s1
IRIDIO
PLATINO
65,409
Zn
12,011 7
C
[He] 2s22p2
CARBONO
[Ne] 3s23p1
ALUMINIO
[Ar] 3d104s2
CINC
107,87 48
106,42 47
Pd
Ir
+1
+2
Cu
[Ar] 3d104s1
COBRE
15
+3
Al
12
63,546 30
58,693 29
Ni
(277) 109 (268,14) 110
Hs
11
[Ar] 3d84s2
NÍQUEL
102,91 46
Rh
190,23 77
Os
10
[Ar] 3d74s2
COBALTO
[Kr] 4d75s1
RUTENIO
+2
+4
+3
+6
+4
+7
+5
14 5 2
[Xe] 4f145d46s2 +6 [Xe] 4f 5d 6s
WOLFRAMIO
RENIO
W
+2
+3
+6
101,07 45
+4
+6
+7
Tc
[Kr] 4d65s2
TECNECIO
18,811
B
58,933 28
55,845 27
Fe
14
[He] 2s22p1
BORO
9
[Ar] 3d64s2
HIERRO
98,907 44
43
183,84 75
180,95 74
Ta
[Xe] 4f145d36s2
TÁNTALO
+2
+3
+6
8
54,938 26
51,996 25
Cr
5
13
7
[Ar] 3d54s1
CROMO
*
Estructura electrónica
(262,11) 105 (262,11) 106 (266,12) 107 (264,12) 108
Rf
Uue Ubn
[Uuo] 8s1
UNUNENIO
+2
+3
+4
+5
92,906 42
+4
[Xe] 4f145d26s2
HAFNIO
103 (262,11) 104
+2
[Rn] 7 s2
RADIO
50,942 24
[Ar] 3d34s2
VANADIO
178,49 73
Hf
6
V
[Kr] 4d25s2
CIRCONIO
174,97 72
71
+2
BARIO
+2
+3
+4
91,224 41
+3
Y
[Kr] 4d15s2
ITRIO
[Xe] 6 s2
s1
Ti
[Ar] 3d24s2
TITANIO
88,906 40
39
+2
[Kr] 5 s2
ESTRONCIO
132,91
Fr
Sr
+3
[Ar] 3d14s2
ESCANDIO
87,62
38
+1
Cs
87
Sc
5
47,867 23
44,956 22
21
+2
CALCIO
[Kr] 5s1
RUBIDIO
6
40,078
Ca
[Ar] 4 s2
85,468
37
5
20
+1
[Ar] 4 s1
POTASIO
4
13
Estados de oxidación
**
+2
3
+2
+4
-4
[He] 2s22p2
CARBONO
Nombre
24,305
Mg
MAGNESIO
39,098
K
12
Masa atómica
12,011
C
Símbolo
[Ne] 3s2
[Ne] 3s1
SODIO
6
Nº atómico
+2
Be
[He] 2s2
BERILIO
Na
19
8
4
[He] 2s1
LITIO
4,0026
2
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
2
1s1
HIDRÓGENO
3
7
+1
-1
H
2
4
18
1,0079
1
164,93 68
+3
Ho
[Xe] 4f116s2
HOLMIO
(251,08) 99
167,26 69
Er
+3
[Xe] 4f126s2
ERBIO
168,93 70
Tm
+3
[Xe] 4f136s2
TULIO
+3
+3
[Rn] 5f127s2
FERMIO
[Rn] 5f137s2
MENDELEVIO
METALES DE
LANTÁNIDOS
TRANSICIÓN
ACTÍNIDOS
+3
+3
[Xe] 4f146s2
ITERBIO
(252,08) 100 (257,10) 101 (258,10) 102 (259,10)
[Rn] 5f117s2
EINSTENIO
Cf
[Rn] 5f107s2
CALIFORNIO
173,04
Yb
+3
Es
Fm Md
+3
No
[Rn] 5f147s2
NOBELIO
El lenguaje de los químicos: las fórmulas y los nombres
OH
Hidrógeno (H)
O
HO
HO
Oxígeno (O)
OH
O
O
OH
OH
HO
Carbono (C)
OH
Sacarosa: α-D-glucopiranosil(1-2)-β-D-fructofuranósido
¿Qué es la Química?
Algunas “visiones” y definiciones sobre la Química:
¾ LA QUÍMICA: LA CIENCIA CENTRAL, ÚTIL Y CREATIVA.
¾ LA QUÍMICA ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA.
¾ LA QUÍMICA ENTRE LA BIOMEDICINA Y LA CIENCIA DE
LOS MATERIALES.
¾ LA QUÍMICA: CIENCIA UNIVERSAL
¾ LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO.
La Química es como el arte. Por ambos caminos obtienes cosas. Con la
Química puedes cambiar el orden de los átomos y crear realidades que no
existían.
Jean-Marie Lehn (Premio Nobel de Química, 1987)
Diario Vasco (Internet), 29-septiembre-2010
Otras “visiones” sobre la Química
LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO
Papel de la síntesis química (capacidad de obtener sustancias
químicas):
Sustancias naturales (productos naturales)
Sustancias no-naturales (interés teórico o práctico) con
mejores propiedades que las naturales
Otras “visiones” sobre la Química
LA QUÍMICA, LA CIENCIA DE LO COTIDIANO
Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Química y sus
aplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932)
Los beneficios de la química
1) Nos proporciona una vida más larga.
2) La vida es más saludable. Hace medicinas que curan nuestras
enfermedades, piezas de recambio para nuestro cuerpo, palia
dolores y achaques.
3) Nos suministra agua que podemos beber, usar para nuestra
higiene o regar nuestras plantaciones.
4) Nos ayuda a tener más y mejores alimentos.
5) Cuida de nuestro ganado.
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http://educacionquimica.wordpress.com/
Los beneficios de la química
6) Nos proporciona energía: calor en invierno, frescor en verano,
electricidad para la iluminación, nos permite circular en vehículos.
7) Hace que nuestras ropas y sus colores sean más resistentes y
atractivos; mejora nuestro aspecto con perfumes, productos de
higiene y de cosmética; contribuye en la limpieza del hogar y de
nuestros utensilios; ayuda a mantener frescos nuestros alimentos;
y prácticamente nos proporciona todos los artículos que usamos a
diario.
8) Nos permite estar a la última en tecnología: el ordenador más
potente y ligero; el móvil más ligero; el sistema más moderno de
iluminación, el medio de transporte adecuado; el material para
batir marcas deportivos; y muchas aplicaciones más.
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La Química y su relación con otras Ciencias
Ciencia de los
alimentos
Toxicología
Geología
Ciencias de la tierra
Astrofísica
QUÍMICA
Agricultura
Veterinaria
Bioquímica
Biología molecular
Biotecnología
Biología
Biomedicina
Medicina
Ciencias
Medioambientales
Matemáticas
Física
Ciencias de los materiales
Nanociencias
Nanotecnología
Ingeniería
Otras “visiones” sobre la Química
LA QUÍMICA, ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA
BIOLOGÍA
QUÍMICA
FÍSICA
¿Qué significa?
¾ Objeto de estudio
¾ Métodos de estudio
¾ Aproximación científica
¾ Aspectos filosóficos
La Química entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales
BIOLOGÍA
QUÍMICA
BIOMEDICINA
Medicina
Biología humana
Biología del organismo
Fisiología
Inmunología
Neurociencia
Endocrinología
Biología celular
Biología molecular
Biología química/Química biológica
Bioquímica
Biotecnología
Química
Materiales
Física
Matemáticas
FÍSICA
MATERIALES
Química
Física
Nanociencia
Nanotecnología
Ingeniería
Matemáticas
NANOBIOMEDICINA
Bioquímica, biología molecular, biotecnología, biomedicina:
Moléculas (metabolitos, biomacromoléculas), sus
interacciones y transformaciones (reacciones químicas)
Proteínas
Ácidos nucleicos
Carbohidratos (monosacáridos, oligosacáridos,
polisacáridos)
Lípidos
Aminoácidos
Metabolitos secundarios o productos naturales (terpenos,
alcaloides, prostanoides, flavonoides, arenos,….)
Genómica
Proteómica
Metabolómica
La química del cuerpo humano
Composición elemental (%)
65
Oxigeno
18,5
Carbono
9,5
Hidrogeno
3,3
Nitrógeno
1,5
Calcio
1,0
Fósforo
0,4
Potasio
0,3
Azufre
0,2
Sodio
0,2
Cloro
0,1
Magnesio
Aluminio, Boro, Cromo,
Cobalto, Cobre, Estaño,
Flúor, Hierro, Manganeso,
Molibdeno, Selenio, Silicio,
Vanadio, Yodo, Zinc
Earl Frieden "The Chemical Elements of Life"
Scientific American, 1972
Composición molecular en tejidos
magros (%)
Agua
70
Lípidos
15
Proteínas
12
Ácidos Nucleicos
2
Glúcidos
0,5
0,5
Minerales
Gillian Pocock, Christopher D Richards “Fisiología
humana: La base de la Medicina”, 2ª Edicion,
Elsevier, 2005
METABOLISMO
HUMANO
Las relaciones entre la química y la biología
Extensión de la biología
La Bioquímica: antecedente de la química orgánica
¿Era necesario el invento de la “biología molecular”?
Invento de físicos
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Las relaciones entre la química y la biología molecular
¿Invento de físicos?
(Aparentemente) papel insignificante de
la química en el nacimiento y desarrollo
de la biología molecular
Lavoisier, Berzelius, Dalton, Wöhler,
Kekulé, Raoult, Pasteur, Berthelot,
Arrhenius, Willstätter, von Baeyer,
Fischer, Ehrlich, Langmuir, Lewis,
Staudinger, Hodking, Bernal, Urey,
Edmann, Sanger, du Vigneau,
Khorana, Wüthrich, y Pauling.
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Las relaciones entre la física y la biología a lo largo de la historia
Papel insignificante de la química en el nacimiento y
desarrollo de la biología molecular
Biología moderna: racionalización a nivel molecular o a nivel evolutivo.
Estructura
Reactividad
Interacciones no covalentes
Relaciones estructura-propiedad
En definitiva, ¡Química!
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La química y la biología moderna
Nuevas vías de investigación en ciencias biológicas
(especialmente enfocada a la biomedicina), para la que se
necesitarán moléculas.
Síntesis, estructura, relación con la actividad biológica, es
decir, química.
¿Papel de la química en esta investigación?
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La química y la vida
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Proyecto Genoma Humano
Febrero de 2001
Science 291,1304-1351
(16 Febrero 2001)
Nature 409, 856-859
(15 Febrero 2001)
Premio Nobel de Química (1980)
Determinación de la secuencia de bases de los ácidos nucleicos
Walter GILBERT
Frederick SANGER
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Ácidos nucleicos
La molécula de ADN es un “polinucleótido” = polímero de nucleótidos
¿Qué es un nucleótido?
NUCLEÓTIDO =
Pentosa
+ Base nitrogenada +
(Azúcar de 5 át. de C)
Grupos fosfato
(de uno a tres)
PURINA
nucleósido
PIRIMIDINA
NH2
nucleótido monofosfato
O
H3C
N
nucleótido difosfato
N
nucleótido trifosfato
O
R
Citosina
NH
N
O
R
Timina
ARN
Estructura del DNA
Aspectos estructurales de la molécula de ADN
En los seres vivos está constituida por
dos cadenas antiparalelas, formando la
conocida “doble hélice”
Interacciones por enlaces de
=
hidrogeno por pares A=T y C=G
Biosíntesis de DNA
O
O
-O
5’
P
-O
Base
O-
O
H
O-
P
5’
O
O-
H
H
H
O
H
H
H
O
H
H
O
O
Base
O
H
P
P
O-
O-
Base
O-
Base
O-
O
O
H
H
O
H
H
H
O
O
P
H
H
O
H
H
H
P
O-
O-
Base
O
O
H
H
H
: OH
H
ADN Polimerasa
H
:
-O
P
O-
O
O
P
O
O-
P
H
O
H
H
P
OBase
O
O
O
H
H
3’
O
O
Base
O
Base
O
-O
O
O-
H
H
OH
H
H
P
O
O
O
O
OH
P
O-
OH
H
H
OH
H
H
H
3’
El grupo OH en posición 3’ del anillo de desoxirribosa es fundamental
para la polimerización de la molécula de ADN
Secuenciación del DNA: Planteamiento del problema
El nucleótido es el bloque fundamental
Grupo OH (3’)
El OH en posición 3’ es el responsable de la polimerización
NUCLEÓTIDO
Hebra de ADN
¿Cómo conocer el orden de los nucleótidos?
Se puede separar ADN en función del tamaño
Electroforesis Poliacrilamida-Urea
(Resolución: 1 nucleótido)
¿Distinta longitud?
Sí
Parando la elongación de la cadena
¿Cómo?
Neutralizando el punto de crecimiento
DESOXINUCLEÓTIDOS (dNTP) vs DIDESOXINUCLEÓTIDOS (ddNTP)
dATP
ddATP
Ausencia del grupo OH en posición 3’ del anillo de ribosa
No se puede formar el enlace fosfodiéster
Terminación química de la cadena de ADN
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Identificación de los fragmentos
muestra ADN
polimerasa
ddGTP
dCTP
dTTP
ddTTP
dGTP
dATP
ddCTP
ddATP
Identificación de los fragmentos
MARCAJE
Fósforo radiactivo (32P y 33P)
3’
TAMAÑO FRAGMENTOS
grandes
pequeños
SOLUCIÓN:
5’aAAATCAATTCTGTGAAC
GATAATCCAGTCATTGATG
TTGCCAGAGACAAAGCT 3'
5’
Automatización
Separación de fragmentos por electroforesis capilar
ATTGC A
Capilar
Pol.
líquido
…..
-
Laser
Prisma
Detectores
Reacción
Secuencia
Ventana
Transmisión de información genética
DNA
Proteína
RNA
Dogma de la biología molecular
NH 2
R1
O
OH
OH
H2 N
N
H
R
O
aminoácido
O
R2
péptido
Proteína: polímero de aminoácidos
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La Química y la vida: Proteínas
Estructura Primaria
1
31
61
91
121
151
181
211
241
271
301
331
361
391
421
451
A
T
G
S
X
T
X
S
V
A
X
L
I
G
K
X
A
T
S
R
E
X
X
G
C
X
H
R
A
S
P
X
S
R
F
S
F
Q
V
V
C
K
X
X
A
X
I
S
X
X
L
L
S
A
A
N
X
T
X
X
Y
R
X
A
5
D
D
A
A
S
X
D
A
Q
F
X
X
A
D
I
X
X
D
I
A
X
A
I
A
D
E
A
D
F
Y
T
X
S
X
V
S
A
F
X
Y
S
K
X
L
R
S
P
A
L
D
M
M
G
S
D
W
F
N
D
F
L
G
A
V
S
G
X
S
L
S
C
R
S
F
X
V
F
I
Estructura Secundaria
10
15
20
25
30
E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A
A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A
G G D L E V I L I X L A G Y Q E S S I X A
T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S
V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I
A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X
H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G
D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X
K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X
X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q
X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D
G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L
V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X
S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S
D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A
hélice α
lámina β
Estructura Terciaria
Estructura Cuaternaria
Subunidad de
hemoglobina
×4
Tetrámero de
hemoglobina
La Química y la vida. Impacto sobre la salud.
La anemia falciforme:
La primera enfermedad molecular (1949)
Hemoglobina
Enfermedad producida por la mutación de
un único aminoácido (origen genético).
NH 2
NH 2
CO2 H
CO2 H
HO2C
Ácido Glutámico
Valina
Linus Pauling. Premio Nobel de Química (1954) y de la Paz (1962)
LA QUÍMICA Y LA SALUD
¾ Medicamentos
¾ Materiales para reparar nuestro cuerpo
¾ Herramientas de trabajo
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Algunos compuestos, naturales y sintéticos,
que mejoran nuestra salud.
Fluoxetina (“Prozac”)
Atorvastatin (“lipitor”)
Tiamina (Vitamina B1)
Ácido acetilsalicílico
(“aspirina”)
Adrenalina (Epinefrina)
Hormona
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Retos para el futuro:
¾ Conocimiento a nivel molecular de las enfermedades
¾ Enfermedades del envejecimiento
¾ Enfermedades raras
¾ Enfermedades de países en vías de desarrollo
Nanociencia
Nanotecnología
Nanobiotecnología
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Inmunosupresor
Nano Lett. 2012, 12, 5475
Aplicaciones de la biotecnología en síntesis
orgánica (compuestos de alto valor añadido)
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Tipos de biocatalizadores
¾ Células enteras
¾ Preparaciones libres de célula
¾ Otros sistemas
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Reacciones en condiciones suaves. Quimioselectividad.
Ingeniería del metabolismo
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Evolución dirigida
Aplicaciones potenciales en
medio ambiente
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http://www.rtve.es/alacarta/au
dios/a-hombros-de-gigantes/
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