Bases de la bioquímica

LAS BASES DE LA BIOQUÍMICA

El objetivo de la bioquímica es explicar en términos químicos las estructuras y las funciones de los seres vivos. Comprender la química de las biomoléculas es un paso previo para saber qué estructura tienen, cómo interaccionan, y por lo tanto, cuál es su función biológica.

FUNDAMENTOS QUÍMICOS

EL AGUA COMO PRINCIPAL DISOLVENTE BIOLÓGICO

LAS REACCIONES QUíMICAS EN LA CÉLULA

EL CONTEXTO CELULAR

La materia está constituida por átomos:

La unidad fundamental de la materia es el átomo, una partícula de tamaño muy reducido (del orden de 10- 8 cm), a su vez constituida por subpartículas: protón, neutrón y electrón.

Los protones y neutrones se localizan en eJ núcleo del átomo. Cada elemento químico está formado por un tipo de átomo que se diferencia en el número de protones presentes en el núcleo.

Los orbitales atómicos quedan definidos por los números cuánticos:

Los electrones se localizan en orbitales atómicos, que son las zonas que rodean al núcleo donde existe la máxima probabilidad de encontrar estos electrones.

Sin profundizar son tres números cuánticos:

(Número cuántico principal, Número cuán tico azimutal, Número cuántico magnético)

Los elementos se combinan y forman moléculas:

Un elemento es más estable cuanto más se aproxima a una configuración electrónica en que sus orbitales estén completos.

La configuración electrónica de cada elemento es la que va a determinar su reactividad.

Los electrones de las últimas capas, que ocupan los niveles de mayor energía, son los que van a participar en las reacciones químicas y se conocen como electrones de valencia.

Los grupos funcionales determinan las interacciones entre biomoléculas:

Los elementos químicos fundamentales en la reactividad de las biomoléculas van a ser el O yel N, ambos átomos electronegativos, que harán reaccionar entre sí a las moléculas que los porten.

En las diferentes biomoléculas de los seres vivos se encuentran, de forma recurrente, una serie de grupos funcionales.

Las interacciones débiles determinan la función de la molécula:

Todo proceso biológico se produce gracias a las interacciones débiles establecidas entre moléculas. Las moléculas deben interaccionar para comenzar una acción, y posteriormente separarse. Tanto la unión y reconocimiento único entre una enzima y un sustraro, o de un receptor y su ligando, como el proceso de replicación y transcripción del DNA, todos ellos son procesos que tienen lugar gracias a una determinada orientación y unión entre las moléculas implicadas.

Polaridad y enlaces polares:

Cuando dos átomos de electronegatividades muy diferentes forman un enlace covalente, los electrones no son compartidos en igual medida por los dos átomos, de forma que serán atraídos con más fuerza por el más electro negativo. En este caso se forma un enlace covalente polar.

El resultado es la formación de un dipolo, es decir, dos cargas de signo opuesto separadas por una distancia determinada

¿Qué determina el orden de los elementos en la tabla periódica?

Cada celda de la tabla periódica contiene un elemento identificado con un símbolo, el número másico y el número atómico.

Los elementos se ordenan en un período, de izquierda a derecha, según aumenta su número de protones y, por lo tanto, de electrones si el átomo es neutro.

El último elemento de cada período se denomina gas noble.

La molécula de agua es un dipolo:

El agua es el medio líquido fundamental en el que se va a desarrollar la mayor parte de las reacciones químicas de la célula. Es, por lo tanto, el principal disolvente biológico.

La formación y la rotura de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua es constante a la temperatura fisiológica (37°C); sin embargo, muy rara vez una molécula de agua se disocia en dos especies iónicas denominadas iones hidronio e ión hidroxilo.

Química de los ácidos y de las bases:

Actualmente se acepta la definición de Lewis, según la cual una base es una sustancia con un par de electrones disponibles para formar un enlace covalente dativo, mientras que un ácido es una molécula en la que existe un átomo capaz de aceptar un par de electrones ya que posee un orbital externo libre.

BronsredLowry en la que un ácido se define como una sustancia que puede ceder un protón y una base es aquella que puede aceptar un protón.

El pH Y el pKa:

Se define pH = -loglo [H+], donde [H+] es la concentración molar: número de moles de H+ por litro de disolución.

Las soluciones tampón regulan el pH de la célula:

Ciertos grupos funcionales presentes en las moléculas biológicas pueden comportarse como ácidos o bases débiles. Por ello, su estado de ionización dependerá de la concentración de protones del medio.

ría de las enzimas van a presentar este tipo de grupos ionizables en su centro activo, se comprenderá el importante papel que puede jugar una pequeña fluctuación del pH celular.

Equilibrio de una reacción química:

Cuando la velocidad de reacción que va hacia delante (formación de producto) y la velocidad de la reacción marcha atrás (formación de reactivo) se igualan, se dice que la reacción alcanza el equilibrio. La gran 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 van a portar centros nucleófilos o electrófilos:(Son grupos ricos en electrones, y pueden tener carga negativa) (Tienen atracción por las cargas negativas, ricas en electrones).

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.

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 rédox.

En las biomoléculas los procesos rédox de transferencia de electrones tienen lugar en los átomos de carbono. La forma más reducida de un átomo de carbono será la que esté saturada con cuatro hidrógenos, como en el metano, mientras que la más oxidada será el dióxido de carbono.

Los niveles de organización molecular de la célula permiten observar que, en el primer nivel o nivel rnoleculár, los componentes celulares son los monómeros o sillarescon los que se va a construir la célula. Estos monómeros se asociarán en polímeros mediante reacciones de condensación, para dar el segundo nivel o nivel macromolecular.

En una célula eucariota los cornpartimentos celulares están claramente diferenciados y sus funciones bien especializadas, por lo que no todas las reacciones químicas van a transcurrir en cualquier lugar de la célula.

Un organismo multicelular necesita una observación a un nivel superior al celular, y este nivel proporciona una visión orgánica sobre cómo transcurren las reacciones bioquímicas en el organismo completo.