CONCEPTOS ESENCIALES DE LA BIOQUÍMICA.
El objetivo de la bioquímica es explicar en términos químicos las estructuras y funciones de los seres vivos.
Habitualmente, se considera a la química orgánica como la química del Carbono y de sus compuestos, aunque también se tratan algunos compuestos inorgánicos sencillos como los óxidos, los carburos y los carbonatos. Es importante tener en cuenta que la química del carbono constituye la base de la química de los seres vivos.
La materia está constituida por átomos.
Los grupos funcionales determinan las interacciones entre biomoléculas.
Las múltiples posibilidades que tiene el átomo de Carbono para formar moléculas diferentes vienen determinadas por la capacidad de formar cuatro enlaces con ángulos muy abiertos, además de ser enlaces covalentes no polares y por lo tanto muy estables. Así, las moléculas biológicas pueden formar largas estructuras lineales, ramificadas e incluso cíclicas, muy firmes. Sin embargo, debido a que la unión entre carbono e hidrógeno es de naturaleza no polar, será necesaria para las moléculas biológicas – presentes en un medio polar como el agua – la colaboración de otros átomos que les permitan formar y romper enlaces, haciendo que estas moléculas biológicas sean más reactivas. Una “molécula viva” o biomolécula debe estar en constante cambio; y así formarán asociaciones muy importantes, bien entre ellas o con el agua, ya que éste es el medio en el que se van a encontrar principalmente.
Uniones No-Covalentes: Base de la Estructura y Función
Enlaces covalentes: Implican compartir pares de electrones entre átomos.
Interacciones iónicas: Implican la atracción de iones o moléculas con cargas permanentes completas de signos opuestos.
Enlaces de hidrógeno: Atracciones dipolo-dipolo entre átomos de H parcialmente positivos y átomos parcialmente positivos y átomos parcialmente negativos (O, N, S, F).
Las fuerzas de Van der Waals: Son interacciones electrostáticas entre dipolos(o multipolos) permanentes o inducidos.
Efectos π: Asociado con las interacciones de moléculas con los sistemas π de moléculas como el benceno.
Efecto hidrofóbico: Es la tendencia de las moléculas no polares a agregarse en soluciones acuosas para separarse del agua.
Interacciones no covalentes:
- La energía química de las interacciones no covalentes es muy baja (típicamente del orden 1 – 5 kcal/mol)
- Críticas en el mantenimiento de la estructura tridimensional de moléculas grandes.
- Críticas para permitir las interacciones específicas entre las moléculas.
El agua: Base bioquímica de la vida
- La molécula de agua no es lineal.
- El átomo de oxígeno tiene una ligera carga negativa.
- Los átomos de hidrógeno son ligeramente positivos.
- El agua es polar, con momento dipolo eléctrico.
- El agua puede formar 4 enlaces de hidrógeno.
- El agua es un líquido en condiciones estándar de temperatura y presión.
- El agua es un buen solvente (el solvente universal).
- La mayoría de los componentes de las células (proteínas, ADN y polisacáridos) son solubles en agua (hidrófilos).
- El agua contribuye a la estabilidad de las moléculas hidrofóbicas (proteínas, membranas, gotas de lípidos).
- El agua puede actuar como un ácido o una base:
- Contribuye a tamponar el pH de los medios biológicos.
- Puede actuar como reactivo en reacciones bioquímicas.
- El agua es transparente en el espectro visible.
- Muchos organismos pueden vivir en el agua porque la luz del sol puede almacenarlas, pero la luz UV e IR se absorben.
LA CÉLULA: UNIDAD BIOQUÍMICA Y FUNCIONAL
- La célula es un sistema compartimentado, muy complejo y altamente organizado.
- Las reacciones que constituyen el Metabolismo están localizadas en estructuras celulares que forman unidades discretas llamadas orgánulos, los cuales se relacionan entre sí.
COMPARTIMENTACIÓN DEL METABOLISMO EN LA CÉLULA
CITOSOL
- Glucólisis
- Ruta de las pentosas fosfato
- Biosíntesis de ácidos grasos.
- Metabolísmo de aminoácidos.
- Biosíntesis de proteínas.
MICROSOMAS
- Ruta secretora
- Síntesis de glicoproteínas (RE + Golgi)
MITOCONDRIAS
- Ciclo de Krebs
- Degradación de ácidos grasos
- Cadena de transporte de electrones.
- Fosforilación oxidativa.
LISOSOMAS
- Degradación y/o reciclaje de metabolitos.
NUCLEO
- Replicación del DNA
- Transcripción del DNA
LAS REACCIONES QUÍMICAS EN LA CÉLULA
Equilibrio de una reacción química.
La mayoría de las reacciones que tienen lugar en la célula son reacciones reversibles, y por lo tanto tienden a alcanzar este equilibrio químico.
Reactividad de las moléculas biológicas
La presencia de grupos funcionales en las biomoléculas proporciona sitios reactivos, donde dichas moléculas van a unirse a otras o a reaccionar y transformarse.
Los sitios reactivos pueden ser nucleófilos o electrófilos, según la capacidad de atraer o no electrones.
Los sitios reactivos van a portar centros nucleófilos y electrófilos:
– Centros nucleófilos (atracción por el núcleo): son grupos ricos en electrones, y pueden tener carga negativa, pares de electrones no enlazantes o “pares solitarios”, o poseer una densidad electrónica típica de dobles enlaces. Estos sitios atacarán agrupos cargados positivamente, ya que se sienten atraídos por ellos.
– Centros electrófilos (atracción por electrones): tienen atracción por las cargas negativas, es decir, ricas en electrones en capa de valencia.
Estos centros reactivos proporcionan la base de los diferentes tipos de reacciones químicas.
Las reacciones de condensación o deshidratación son un tipo de reacción química que va a tener un papel fundamental en la formación de las macromoléculas. En este tipo de reacciones participan diferentes grupos funcionales polares y la formación de un enlace covalente va a liberar una molécula de agua al medio. Dado que las reacciones bioquímicas tienen lugar siempre en un medio acuoso (bien en el citoplasma o el medio extracelular), este tipo de reacciones van a ser determinantes para la formación de polímeros, es decir, de las macromoléculas como polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Otro tipo de reacción característica que tiene lugar en la célula es aquella en la que se transfiere electrones de un sustrato a otro, son las reacciones denominadas de oxidación-reducción o redox. La mayoría de las reacciones que tiene lugar durante el metabolismo celular implican esta transferencia de electrones.
- La oxidación ocurre cuando una molécula pierde dos hidrógenos y / o gana oxígeno.
- La reducción ocurre cuando una molécula gana dos hidrógenos y / o pierde un oxígeno.
Oxidación –> cede electrones
Reducción –> gana electrones
Agente oxidante –> Capta electrones, se reduce.
Agente reductor –> Dona electrones, se oxida.
METABOLISMO
Conjunto de reacciones fisico-químicas catalizadas mediante enzimas que tiene lugar en un organismo o ser vivo, especialmente en una célula.
2 FASES:
- VÍAS ANABÓLICAS (biosintéticas): Síntesis de moléculas grandes y complejas a partir de moléculas menores, utilizando energía.
- VÍAS CATABÓLICAS (degradativas): Macromoléculas se degradan a productos más sencillos, generando energía.
- Una parte de esta energía permite las reacciones anabólicas.
FUNCIONES:
- Síntesis de biomoléculas
- Transporte de iones y moléculas a través de las membranas celulares.
- Producción de fuerza y movimiento.
- Eliminación de desechos metabólicos y sustáncias tóxicas.
IMPORTANCIA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS
- Conocer la estructura de las proteínas, ha ayudado a conocer con detalle los mecanismos de las reacciones enzimáticas.
- Prácticamente todas las reacciones que integran el metabolismo son reacciones enzimáticas.
