BIOQUÍMICA I

1. 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:
Bioelementos
Llamados 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 primarios
Llamados 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 secundarios
Llamados 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. Macroconstituyentes
Constituyen 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.
Biomoléculas
Llamados 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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2. Agua
Es 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%).
Propiedades
a. 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 superficial
Es 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 ebullición
Es el valor de temperatura en el que se evapora el agua y equivale a 100 °C.
d. Baja disociación
Se ha comprobado que de cada 107 moléculas de agua, sola una puede disociarse.
e. Gran capacidad solvente
Disuelve 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 molecular
La 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
Capítulo
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3. Sales
Son 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)
Gases
Son 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:
Oxígeno
Es 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.
Glúcidos
Son 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.
Funciones
Son 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).
Clasificación
a. 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.

4. Monosacáridos simples y complejos
#C Nombre Ejemplo Fuente
3C triosa gliceraldehido
4C tetrosa eritrulosa
5C pentosa ribulosa cloroplasto
ribosa arn, atp
desoxirribosa adn
6C hexosas glucosa: dextrosa frutas – maltosa
fructuosa: levulosa frutas – miel
galactosa hidrólisis – lactosa
Aminoazúcares
(glucosamina)
Ungrupooxidrilo(OH)esreemplazado
por un grupo nitrogenado (quitina).
Exoesqueleto de los insectos y pared
celular de los hongos.
Desoxiazúcares
Se originan por la pérdida de un
átomo de oxígeno.
Desoxirribosa del ADN
b. Disacáridos
Contienen 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. Polisacáridos
Son 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).