Introducción a la bioquímica
La bioquímica es el estudio de las moléculas y las
reacciones químicas de la vida. Es la disciplina que emplea los principios y el
lenguaje de la química a fin de explicar la biología a nivel molecular. Los
bioquímicos descubrieron que los compuestos químicos y los procesos metabólicos
centrales son los mismos que se encuentran en organismos tan distantes como las
bacterias, plantas y humanos. Se sabe que los principios básicos de la
bioquímica son comunes a todos los organismos vivos. Aunque en la práctica los
científicos concentran sus esfuerzos de investigación en organismos
particulares, sus resultados se pueden extrapolar a muchas otras especies.
Los elementos químicos de la vida
Existen seis elementos no metálicos oxígeno, carbono,
hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre que representan más de 97% del peso de
la mayoría de los organismos. Todos estos elementos pueden formar enlaces
covalentes estables. Las cantidades relativas de estos seis elementos varían en
cada organismo. El agua es el principal componente delas células y representa
un alto porcentaje (en peso) de oxígeno. El carbono es mucho más abundante en
los organismos vivos que en el resto del universo. Por otro lado, algunos
elementos como el silicio, el aluminio y el hierro son muy comunes en la
corteza terrestre pero están presentes en las células sólo en trazas. En
conjunto, un total de 29 elementos diferentes se encuentran por lo común en los
organismos vivientes.
La mayor parte del material sólido de las células está
formado por compuestos que contienen carbono. El estudio de tales compuestos
cae dentro del dominio de la química orgánica. Existe una coincidencia
considerable entre las disciplinas de la química orgánica y la bioquímica,
razón por la que es de gran utilidad un curso de química orgánica para entender
la bioquímica. Los químicos orgánicos están más interesados en las reacciones
que tienen lugar en el laboratorio, mientras que los bioquímicos se enfocan en
comprender lo que ocurre en las reacciones dentro de las células vivas.
Proteínas
Son veinte los aminoácidos comunes que forman parte de las
proteínas de todas las células. Cada aminoácido contiene un grupo amino y un
grupo carboxilato, así como una cadena lateral (grupo R) que es única para cada
aminoácido Durante la síntesis de una proteína, el grupo amino de un aminoácido
y el grupo carboxilato de otro se condensan para formar un enlace amida. La unión
entre el átomo de carbono de un residuo de aminoácido y el átomo de nitrógeno
del siguiente residuo se denomina enlace peptídico. La unión de extremo a
extremo de muchos aminoácidos forma un polipéptido lineal que puede contener
cientos de residuos de aminoácido. Una proteína funcional puede ser un solo
polipéptido, o puede estar compuesta por varias cadenas de polipéptidos
diferentes que están unidas fuertemente para formar una estructura más
compleja.
Muchas proteínas funcionan como enzimas; otras son
componentes estructurales de células y organismos. La forma tridimensional de
una proteína está determinada en gran parte por la secuencia de sus residuos de
aminoácidos. Esta información de secuenciase codifica en el gen para la
proteína. La función de una proteína depende de su estructura tridimensional, o
conformación. Se han determinado las estructuras de muchas proteínas y se han
esclarecido varios principios que rigen la relación entre estructura y función.
Por ejemplo, muchas enzimas contienen una hendidura, o ranura, que une los
sustratos de una reacción. Esta cavidad contiene el sitio activo de la enzima región donde tiene lugar la reacción química.
Polisacáridos
Los carbohidratos, o sacáridos, están compuestos
principalmente por carbono, oxígeno e hidrógeno. Este grupo de componentes
incluye azúcares simples (monosacáridos) así como sus polímeros
(polisacáridos). Todos los monosacáridos y los residuos de los polisacáridos
contienen varios grupos hidroxilo y son por tanto polialcoholes. La mayoría de
los monosacáridos comunes contiene ya sea cinco o seis átomos de carbono. Las
estructuras de los azúcares se pueden representar de varias formas. Por
ejemplo, la ribosa (el azúcar de cinco carbonos más común) se puede mostrar
como una molécula lineal con un contenido de cuatro grupos hidroxilo y un grupo
aldehído.
Ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son grandes macromoléculas compuestas
por monómeros llamados nucleótidos. El término polinucleótido constituye una
descripción más exacta de una sola molécula de ácido nucleico, tal como
polipéptido es un término más preciso que proteína para las moléculas
individuales compuestas por residuos de aminoácidos .El término ácido nucleico se
refiere al hecho de que estos polinucleótidos se detectaron por primera vez
como moléculas acídicas en el núcleo de las células eucarióticas. Ahora se sabe
que los ácidos nucleicos no están confinados a los núcleos eucarióticos y que son
abundantes en el citoplasma y en los procariotas, que no tienen núcleo.
La estructura del nucleótido adenosin trifosfato (ATP) se
muestra en la figura. El ATP está compuesto por una parte de adenina unida a la
ribosa mediante un enlace glucosídico. Existen tres grupos fosforilo esterificados al grupo hidroxilo del C-5 de
la ribosa. La unión entre ribosa y el grupo a-fosforilo es un enlace fosfo-éster
debido a que incluye un átomo de carbono y uno de fósforo, mientras que los grupos
fosforilo en el ATP están conectados por enlaces fosfoanhídrido que no incluyen
átomos de carbono. Todos los fosfoanhídridos poseen considerable energía química
potencial y el ATP no es la excepción. Es el transportador central de la
energía en las células vivientes. La energía potencial asociada con los enlaces
entre los grupos fosforilo del ATP se puede utilizar directamente en reacciones
bioquímicas o acoplarse a una reacción de una forma menos evidente. En las
reacciones de condensación, por ejemplo, la transferencia de uno de los grupos
fosforilos del ATP da como resultado la formación de un intermediario activado,
que entonces participa en la reacción sintética.
Lípidos y membranas
El término “lípido” se refiere a una clase diversa de moléculas
ricas en carbono e hidrógeno pero que contienen relativamente pocos átomos de
oxígeno. La mayor parte de los lípidos no es soluble en agua, pero se pueden
disolver en algunos solventes orgánicos .Los lípidos más simples son los ácidos
grasos, que son hidrocarburos de cadena larga con un grupo carboxilato en un
extremo. De manera habitual los ácidos grasos se encuentran formando parte de
moléculas más largas denominadas glicerofosfolípidos, los cuales contienen
glicerol 3-fosfato y dos grupos grasos acilo. Los glicero-fosfolípidos son los
principales componentes de las membranas biológicas.
Las membranas se encuentran entre las estructuras celulares
más largas y complejas. En términos estrictos, las membranas no son polímeros
sino agregados. Sin embargo, la asociación de moléculas lipídicas entre sí crea
estructuras que exhiben propiedades que no muestran las moléculas componentes
individuales. Su insolubilidad en agua y la flexibilidad de los agregados
lipídicos confieren a las membranas biológicas muchas de sus características. Segmento
corto de una molécula de ADN. Dos diferentes polinucleótidos se asocian para
formar una doble hélice. Las secuencias depares de bases en el interior de la hélice
transportan la información genética.
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