La Bioquímica es una disciplina de la biología que se encarga del estudio de la “química de la célula viva”, es decir, de la composición, estructura de la materia viva y los procesos químicos que experimentan los compuestos biológicos, así como la regulación de estas reacciones.

La Bioquímica es una ciencia fundamental cuyos resultados afectan en forma creciente a todas las disciplinas biológicas. La biología molecular, la microbiología, la virología, la farmacología, la genética se han convertido en amplios campos especiales de la bioquímica. La biotecnología es una aplicación de la bioquímica sustentada por esas diversas disciplinas, y la medicina ha adquirido, gracias a la bioquímica, los fundamentos de ciencia natural y aplicada. La biología molecular, la principal rama de la bioquímica, estudia la estructura de los genes, su función y su regulación.

Con fines didácticos y para una mejor comprensión, la bioquímica se divide en dos aspectos:

BioelementosLlamados también elementos biogenésicos, son aquellos elementos químicos de la tabla periódica, que forman parte estructural y funcional de la materia viva. Son aproximadamente 25 de los 109 y, según su importancia, se dividen de la siguiente manera:

Bioelementos primariosLlamados macroelementos, organógenos o plásticos y constituyen el 99%; son solubles en agua. Su peso atómico es muy bajo, por lo que reaccionan muy fácilmente con otros elementos. Presentan elevado calor específico y forman biomoléculas inorgánicas y orgánicas. Se dividen en:

a. Básicos (96%)Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno.

b. Complementarios (3%)Son el fósforo y el azufre.

Bioelementos secundariosLlamados oligoelementos o elementos traza constituyen el 1%. Actúan en su forma libre como iones, como parte de moléculas inorgánicas (sales) o de moléculas orgánicas (vitaminas, enzimas y pigmentos). Se dividen en:

a. MacroconstituyentesConstituyen el 0,9% y son Na, K, Ca, Mg, Cl.

b. Microconstituyentes (oligoelementos)Constituyen el 0,1% y son: Cu, Co, Si, Mn, Mo, Zn V, I, Fe, Ni, Br, Cr, Al, Se, B, Sn.

BiomoléculasLlamados también principios inmediatos; son el resultado de la interacción entre los bioelementos, estos generan una gran variedad de estructuras químicas y tipos de reactividad, asimismo cumplen diversas funciones en el metabolismo celular, por ende en el organismo.

Las biomoléculas, por su naturaleza química y función, se agrupan de la siguiente manera:

Inorgánicos

agua

sales minerales

ácidos

bases

gases respiratorios

Orgánicos

glúcidos

lípidos

proteínas

ácidos nucleicos

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AguaEs la biomolécula binaria dipolar (posee un extremo negativo y uno positivo) más abundante de la tierra (3/4 partes de la superficie) y la más abundante de la célula (70% – 80%). En ciertos organismos, como las medusas, puede estar en más del 90%. En los seres vivos se le puede encontrar como agua ligada o estructural (5%) y agua libre (95%).

Propiedadesa. Densidad

El agua a 4 °C tiene una densidad que equivale a 1 g/ml. La densidad aumenta a medida que aumenta la salinidad y a medida que aumenta la temperatura.

b. Alta tensión superficialEs la resistencia a la ruptura que ofrece la superficie libre del mismo, esto se debe a la fuerza de atracción que existe entre las moléculas de su superficie.

c. Alto punto de ebulliciónEs el valor de temperatura en el que se evapora el agua y equivale a 100 °C.

d. Baja disociaciónSe ha comprobado que de cada 107 moléculas de agua, sola una puede disociarse.

e. Gran capacidad solventeDisuelve sustancias polares (azúcares, proteínas, vitaminas) y sustancias iónicas (sales).

Funciones• Solvente universal de moléculas polares (azúcar, NaCl).• Regulador térmico (sudor) y termoaislante (hielo).• Transporte de sustancias (nutrientes, gases).• Facilita la excreción de productos de desecho, como la úrea.• Soporte de reacciones químicas (actúa como sustrato y producto).• Mantiene la humedad de las membranas, como en los alveolos pulmonares y la piel de los anfibios (intercambio

de gases).• Mecánica o amortiguadora: líquido amniótico, líquido sinovial, líquido cefalorraquídeo.• Actúa como lubricante en las articulaciones.• Otorga el medio acuoso para las reacciones químicas.

Estructura molecularLa molécula de agua es un tetraedro irregular con el átomo de oxígeno en su centro. La unión entre el oxígeno y el hidrógeno se da a través de enlaces covalentes.El carácter dipolar de las moléculas de agua favorece su mutua asociación. La fuerza electrostática recíproca entre el núcleo de hidrógeno de una molécula de agua (vértice positivo) y el par de electrones no compartidos del oxígeno (vértice negativo) es un puente de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno, comparados con los enlaces covalentes, son bastante débiles.• Potencial de hidrógeno (pH)

Se define al pH como el indicador de los hidrogeniones (H+) o protones libres presentes en una solución. El pH mide el grado de acidez, neutralidad o alcalinidad de una solución. En biología la escala del pH varía entre 0 y 14.

• Un medio es ácido cuando presenta mayor concentración de H+, capaz de donar protones, y es de sabor ácido.

• Un medio es neutro cuando presenta igual concentración de H+ y de OH–; cuando equilibra los medios ácidos y básicos.

• Un medio es alcalino cuando presenta mayor concentración de OH– (oxidrilo) y es capaz de recibir protones, y su sabor es astringente.

Nota

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SalesSon compuestos químicos muy fácilmente disociables en agua. Están formados por un metal y un radical no metálico. Se hallan disociados en el agua bajo la forma de iones o electrolitos, como aniones (negativos) o cationes (positivos).

Funciones• Son parte importante de compuestos estructurales (conchas de caracol, crustáceos, huesos, dientes, etc).• Forman parte de enzimas y pigmentos (hemoglobina, clorofila, vitamina B12, etc).• Regula la función cardiaca, muscular y la nerviosa.• Actúan como cofactor enzimático (activador de apoenzimas).• Determinan el equilibrio electroquímico necesario para el funcionamiento de nervios y músculos (ejemplo: el corazón).• Determina la presión osmótica, que permite el intercambio de agua.• Permite el equilibrio ácido–básico del protoplasma.Ejemplo:

— CaCO3 (carbonato de calcio) — Ca10(PO4)(OH)2(hidroxiapatita ⇒ huesos) — Querinato de calcio (pico de aves)

GasesSon sustancias cuyas moléculas presentan una escasa o nula atracción entre sí, lo que las lleva a un movimiento rápido y desordenado que les permite difundirse fácilmente en la atmósfera. Entre aquellos que intervienen en procesos biológicos, tenemos:

OxígenoEs un gas que constituye el 21% del aire atmosférico, aunque también se le encuentra disuelto en el agua. Durante la respiración celular forma agua al unirse con el hidrógeno; y en la fotosíntesis el agua es descompuesta, liberándose moléculas de oxígeno.

Dióxido de carbono (anhídrido carbónico)Se le encuentra en el aire atmosférico, aunque solo representa menos del 1% de su volumen. Se forma como producto de la respiración celular aeróbica y de la actividad volcánica. Es importante para la síntesis de moléculas orgánicas energéticas en las plantas a través de la fotosíntesis.

GlúcidosSon biomoléculas orgánicas ternarias (presentan C, H, O, aunque algunos glúcidos derivados poseen S, N, P, etc). Son llamados también sacáridos, hidratos de carbono o carbohidratos, y son solubles en agua.

FuncionesSon una fuente inmediata de energía (1g de glucosa proporciona 4 Kilocalorías).Almacena en sus enlaces gran cantidad de energía, como en el almidón de los vegetales y el glucógeno de los animales.Forman parte de la pared celular de vegetales (celulosa), en hongos (quitina) y en artrópodos (quitina).

Clasificacióna. Monosacáridos

Son llamados azúcares simples y son las unidades de los glúcidos. Su esqueleto posee de 3 a 7 carbonos, son hidrosolubles, dulces, no hidrolizables, cristalizables y de color blanco. Sus nombres terminan en –osa. Los monosacáridos más comunes, son

— Pentosa (5 carbonos) — Ribulosa: capta el CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis — Ribosa: componente del ARN — Desoxirribosa: componente del ADN

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— Hexosa (6 carbonos)— Glucosa: es elaborada por las plantas y es la más abundante. Se le denomina también dextrosa.— Fructuosa: es la más dulce. Se le llama también levulosa.— Galactosa: forma parte de la lactosa (azúcar de la leche).— Manosa: se halla en las gomas vegetales.

Monosacáridos simples y complejos#C Nombre Ejemplo Fuente3C triosa gliceraldehido4C tetrosa eritrulosa5C pentosa ribulosa cloroplasto

ribosa ARN, ATPdesoxirribosa ADN

6C hexosas glucosa: dextrosa frutas – maltosafructuosa: levulosa frutas – mielgalactosa hidrólisis – lactosa

Aminoazúcares (glucosamina)

Un grupo oxidrilo (OH) es reemplazado por un grupo nitrogenado (quitina).

Exoesqueleto de los insectos y pared celular de los hongos.

DesoxiazúcaresSe originan por la pérdida de un átomo de oxígeno. Desoxirribosa del ADN

b. DisacáridosContienen dos monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos con pérdida de una molécula de agua. Son dulces, hidrolizables y cristalizables. Los disacáridos se utilizan frecuentemente para el almacenamiento de energía a corto plazo. Los disacáridos más comunes, son:

— Maltosa: “azúcar de malta” — Sacarosa: “azúcar de caña” — Trehalosa: hemolinfa de insectos — Celobiosa: Azúcar vegetal — Lactosa: “azúcar de la leche”

Disacárido Componentes Enlace

maltosa glucosa + glucosa a1,4

sacarosa glucosa + fructuosa a1,2

lactosa glucosa + galactosa b1,4

c. PolisacáridosSon azúcares múltiples, almacenan energía a largo plazo, se forman por la unión de monosacáridos, no tienen sabor dulce, son hidrolizables, no cristalizan. Los polisacáridos más comunes son:

— Almidón: es la reserva vegetal de raíces y semillas. Se acumulan como gránulos dentro de la célula vegetal y en el interior de los cloroplastos. Existen dos tipos: amilosa, en espiral (a1,4) y amilopectina, ramificada (a1,4 y a1,6)

— Celulosa: es estructural, se halla en la pared celular de vegetales y algas y en los urocordados. Tienen enlace b1,4. — Hemicelulosa: está presente en la pared celular de los vegetales y las algas. Es base estructural. — Quitina: es un polímero de N–acetilglucosamina, presente en el exoesqueleto de los insectos y crustáceos,

también en la pared celular de los hongos. Tienen enlace b1,4. — Pectina: se halla en la manzana, pera, ciruela; gelifica y es usada en la preparación de mermeladas. — Agar–agar: extraída de algas marinas rojas, usada en microbiología. — Ácido hialurónico: está presente en el tejido conectivo unido al colágeno, en el líquido sinovial y en el humor

vítreo del ojo. — Condroitina: es la parte constituyente del tejido cartilaginoso, el tejido conectivo general y los huesos. — Heparina: está presente en la sustancia intercelular, impide el paso de protrombina a trombina y con ello evita

que se coagule la sangre.Nota: Los oligosacáridos son polímeros formados por pocas unidades (de 2 a 10) de monosacáridos iguales o diferentes. Ejemplo: disacáridos trisacáridos. etc.

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— Glucógeno: es una reserva animal que se encuentra en el hígado (10%) y en los músculos (90%). Tiene enlaces (a1,4 y a1,6).