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Calculos en bioquímica: moléculas biológicas, soluciones biológicas introduccióN


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Universidad Peruana Cayetano Heredia

Facultad de Ciencias y Filosofía

Departamento Académico de Bioquímica, Biología Molecular y Farmacología

CALCULOS EN BIOQUÍMICA:
MOLÉCULAS BIOLÓGICAS, SOLUCIONES BIOLÓGICAS

INTRODUCCIÓN

La bioquímica es una ciencia cuantitativa. Por ello es muy importante contar con herramientas para describir y comprender correctamente las características de las moléculas y de las soluciones, así como para poder interpretar y expresar de manera apropiada las funciones matemáticas que describen las relaciones entre ellas y con otras variables.




  1. Características de las moléculas:




    1. Unidades de peso comúnmente utilizadas en bioquímica:

Unidad

Símbolo

Equivalencia

gramo

g

1

miligramo

mg

10-3 g

microgramo

µg

10-6 g

nanogramo

ng

10-9 g

picogramo

pg

10-12 g




    1. Unidades de volumen comúnmente utilizadas en bioquímica:

Unidad

Símbolo

Equivalencia

litro

L

1

mililitro

mL

10-3 L

microlitro

µL

10-6 L

nanolitro

nL

10-9 L

picolitro

pL

10-12 L




    1. Unidades de longitud comúnmente utilizadas en bioquímica:

Unidad

Símbolo

Equivalencia

micrómetro

µm

10-6 m

nanómetro

nm

10-9 m

m = metro


    1. Peso molecular: También conocido como masa molecular. Es la masa de una molécula individual, es decir la sumatoria de las masas de los elementos que la componen.

Elemento

Masa o Peso Atómico

C

12

H

1

O

16

N

14

Ejemplos:



Nombre de la Molécula

Fórmula

Masa o Peso Molecular

Agua

H2O

18

dióxido de carbono

CO2

44

Glucosa

C6H1206

180



    1. Mol: Es el número de moléculas que existen en un peso en gramos similar a la Masa o Peso Atómico o a la Masa o Peso Molecular.

Este número es siempre el mismo, por eso se dice que es una constante, a la cual se le conoce como Número de Avogadro, y es igual a 6.023 x 1023


Ejemplo: El número de átomos de oxígeno en una mol de oxígeno es 6.023 x 1023, que es exactamente igual al número de moléculas que hay en una mol de agua o el número de moléculas que tiene una mol de glucosa:


Atómo o molécula

Fórmula

Peso de 1 mol

Número de átomos o moléculas en 1 mol

oxígeno

O

16 gramos

6.023 x 1023

agua

H2O

18 gramos

6.023 x 1023

glucosa

C6H1206

180 gramos

6.023 x 1023

Unidades relativas a la mol, utilizadas comúnmente en bioquímica:



Unidad

Símbolo

Equivalencia

mol

mol

1

milimol

mmol

10-3 mol

micromol

µmol

10-6 mol

nanomol

nmol

10-9 mol

picomol

pmol

10-12 mol

femtomol

fmol

10-15 mol



    1. Densidad: Es una característica propia de las moléculas en estado líquido. Describe el peso en gramos contenido en un volumen de 1 L. El símbolo es la letra griega rho (ρ).

peso en gramos

ρ = ──────────────

volumen (L)



  1. Características de las soluciones:

Las soluciones bioquímicas se describen generalmente en referencia a los volúmenes y a los pesos de sus componentes.


    1. Molaridad

Molaridad (M) = número de moles de soluto por litro de solución
peso en gramos número de moles

moles = ────────────── M = ──────────────

peso molecular volumen (L)
Las concentraciones molares se escriben generalmente entre corchetes:
[H+] = molaridad del ión H+
Unidades relativas a la molaridad utilizadas con más frecuencia en bioquímica:


Unidad

Símbolo

Equivalencia

molar

M

1

milimolar

mM

10-3 molar

micromolar

µM

10-6 molar

nanomolar

nM

10-9 molar

picomolar

pM

10-12 molar




    1. Normalidad

Normalidad (N) = número de equivalentes de soluto por litro de solución


peso en gramos peso molecular

número de equivalentes = ────────────── peso equivalente = ---------------------────────────

peso equivalente n
número de equivalentes

N = ────────────────

volumen (L)
(n = número de H+ o OH- reemplazables por molécula, o número de electrones perdidos o ganados por molécula)
N = n M



    1. Relación en porcentaje peso/volumen

Relación en porcentaje peso/volumen (%w/v) = peso en g de un soluto por 100 mL de solución




    1. Relación en porcentaje peso/peso

Relación en porcentaje peso/peso (%w/w) = peso en g de un soluto por 100 g de solución





    1. Molalidad

Molalidad (m) = número de moles de soluto por 1000 g de solvente




  1. Expresión de funciones matemáticas entre moléculas, soluciones y otras variables

Las funciones son ecuaciones matemáticas que representan la relación entre dos o más variables. Muchas veces la relación entre variables es lineal, es decir que puede ser representada gráficamente como una recta. En otras ocasiones la relación puede tomar formas curvas como sigmoide, hipérbola cuadrática o exponencial.

Por convención en el eje x o eje de las abscisas (horizontal) se colocan las variables independientes, es decir aquellas que son prefijadas en la observación. En el eje y o eje de las ordenadas (vertical) se colocan las variables dependientes, es decir aquellas cuyo comportamiento con respecto a las variables independientes está siendo observado.

Los datos experimentales se grafican como puntos. Estos puntos corresponden a coordenadas de un valor en el eje x con otro valor en el eje y. Mientras más puntos experimentales se obtengan, más exactitud se tendrá en la estimación de la curva que mejor representa la relación entre las variables estudiadas.

Cada eje puede iniciarse o no en cero (0). Para hacer un gráfico de manera correcta es importante que la separación entre puntos sea proporcional al valor de éstos.

También es posible mostrar gráficamente la relación entre 2 variables sin que necesariamente se ajuste a una de estas curvas.

Existen programas de computadora que ayudan a estimar la “mejor curva” en base a un juego de datos determinados.

A continuación se representan algunos ejemplos de tipos de curvas que describen procesos o características relacionados a las moléculas biológicas.




Tipo de curva

Forma

Ejemplo

Sigmoide



Curva de desnaturalización del DNA

Variable independiente: Temperatura

Variable dependiente: Absorbancia del DNA a 260nm (indiciativo del desenrollamiento de la molécula


Lineal



Punto de fusión de los ácidos grasos saturados

Variable independiente: longitud del ácido graso (número de carbonos)

Variable dependiente: temperatura de fusión


Exponencial



Farmacocinética de drogas

Variable independiente: tiempo

Variable dependiente: Niveles de una droga en sangre (luego de una única administración)


Hipérbola cuadrática



Actividad enzimática

Variable independiente: concentración de sustrato



Variable dependiente: velocidad de generación de producto


Referencia:

Segel IH. 1976. Biochemical Calculations. How to Solve Mathematical Problems in General Biochemistry. 2nd Ed. John Wiley & Sons. New York.


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