Bioquímica

INTRODUCCIÓN
A LA BIOQUÍMICA
La Bioquímica es el estudio de la
estructura y la función de los
componentes celulares (tales como
enzimas y organelas celulares) y los
procesos que ocurren por y sobre
macromoléculas orgánicas, incluyendo a
los carbohidratos, lípidos, ácidos
nucleicos y, especialmente, a las
proteínas y, también, otras biomoléculas.

IMPORTANCIA DE LA BIOQUÍMICA
La bioquímica ha aportado elementos importantes de
apoyo a la teoría evolucionista, como son:
La similitud estructural de moléculas que
desempeñan las mismas funciones en especies
distintas.
La universalidad del código genético y la existencia
de numerosas vías metabólicas semejantes en
distintos organismos, por sólo citar algunos.

RELACIÓN DE LA BIOQUÍMICA
CON OTRAS CIENCIAS

CÉLULA PROCARIOTA Y EUCARIOTA

Algunos de las partes de
la célula procariotas son:

Las procariotas se diferencian de las células
eucariotas en varios aspectos:

LA NATURALEZA POLAR
DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

ÁCIDOS Y BASES
En un principio, la clasificación
de las sustancias como ácidos
o bases se basó en la
observación de una serie de
propiedades comunes que
presentaban sus disoluciones
acuosas. Así, por ejemplo, el
sabor agrio de ciertas
sustancias fue lo que sugirió
su primitiva clasificación como
ácidos.

ÁCIDOS
Se disocian
completamente cuando se disuelven
en agua, por tanto, ceden a la solución
una cantidad de iones H+.
se disocia
completamente, da todos sus iones
OH¯. Son las bases de los metales
alcalinos y los alcalinotérreos.
Ejemplos hidróxido de sodio, de
potasio. Pueden llegar a ser muy
corrosivas en bajas concentraciones.

BASESno se disocian
completamente con el agua, es decir,
liberan una parte pequeña de sus
iones H+. Los ácidos débiles no
suelen causar daños en bajas
concentraciones, pero por ejemplo el
vinagre concentrado puede causar
quemaduras. Ejemplo el ácido
fosfórico, ácido sulfhídrico.
no se disocian
completamente con el agua.
Ejemplos hidróxido de amonio, el
amoníaco. Precisamente el amoníaco
es una base débil porque al
disolverse en agua da iones amonio,
es muy soluble en agua, pero no se
disocia del todo en el agua.

IONIZACIÓN
DEL AGUA
La ionización es el proceso químico o
físico mediante el cual se producen
iones, estos son átomos o moléculas
cargadas eléctricamente debido al
exceso o falta de electrones respecto a
un átomo o molécula neutra. Se refiere
a que en el agua en estado líquido hay
una leve tendencia a que un átomo de
hidrógeno salte del átomo de oxígeno
al que está unido al otro átomo de
oxígeno al que se encuentra unido por
un puente de hidrogeno. En esta
reacción se producen dos iones.

ESCALA DE pH
La determinación del pH es
uno de los procedimientos
analíticos más importantes y
más utilizados en
bioquímica, ya que el pH
determina muchas
características notables de la
estructura y la actividad de
las macromoléculas
biológicas y. por tanto, de la
conducta de las células y de
los organismos.

pH= - log [H+]
Ejemplo:
• Calcular pH de H3PO4 2.3*10-3 M
pH = -log (2.3*10-3)M
pH = 2.6

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS
Es un sistema que
tiende a impedir el
cambio de pH
cuando se añaden
iones H+ o OH-.
Para valores de pH
fuera de esta zona
hay menos
capacidad para
resistir los cambios
de pH.

Las soluciones buffer o
amortiguadoras son capaces de
mantener su pH en valores
aproximadamente constantes, aun
cuando se agreguen pequeñas
cantidades de ácido o base, o se
diluya la solución.

ECUACIÓN DE
HENDERSON
HASSELBALCH
La ecuación de
Henderson
Hasselbalch es
fundamental
para el
tratamiento
cuantitativo de
todos los
equilibrios ácido-
base en los
sistemas
biológicos.
El pH del sistema amortiguador depende de
la proporción relativa entre la sal y el ácido,
pero no de las concentraciones absolutas de
estos componentes. De aquí se deduce que
añadiendo agua al sistema, las
concentraciones de sal y ácido disminuyen
paralelamente, pero su cociente permanece
constante, y el pH no cambia.

Ecuación de Henderson
Hasselbalch
pH= pKa + log(Ac/AcH)

Los carbohidratos o hidratos
de carbono están formados
por carbono (C), hidrógeno (H)
y Oxígeno (O) con la fórmula
general (CH2O)n. Los
carbohidratos incluyen
azucares, almidones, celulosa,
y muchos otros compuestos
que se encuentran en los
organismos vivientes.

Cumplen un papel muy importante
en nuestro organismo, que
incluyen las funciones
relacionadas con el ahorro de las
proteínas, la regulación del
metabolismo de las grasas y el
tema estructural.

La fibra dietética de los
carbohidratos puede
ser soluble e insoluble.
En la clasificación de
soluble encontramos la
pectina y los
hidrocoloides y en la
insoluble están celulosa,
hemicelulosa, lignina y
almidones resistentes.

ISOMERÍALos isómeros son
compuestos que
tienen la misma
fórmula molecular
pero diferente
fórmula estructural
y, por tanto,
diferentes
propiedades.

ISOMERÍA
ÓPTICA
Existen moléculas que coinciden en
todas sus propiedades excepto en su
capacidad de desviar el plano de luz
polarizada. Son los llamados
isómeros ópticos. Uno de ellos desvía
la luz hacia la derecha, y se designa
(+), o dextrógiro, mientas que el otro
la desvía en igual magnitud pero
hacia la izquierda, y se designa (-) o
levógiro.

La estereoisometría la presentan sustancias
que con la misma estructura tienen una
diferente distribución espacial de sus
átomos.
Una de las formas de estereoisometría es la
isomería geométrica. La isomería geométrica
desde un punto de vista mecánico, se debe
en general a que no es posible la rotación
libre alrededor del eje del doble enlace. Es
característica de sustancias que presentan un
ISOMERÍA GEOMÉTRICA

CLASIFICACIÓN DE LOS
CARBOHIDRATOS

MONOSACÁRIDOS
son los glúcidos o
hidratos de carbono más
sencillos. Químicamente
están constituidos por
una sola cadena de
polialcoholes con un
grupo aldehído o cetona,
y por ello no pueden
descomponerse
mediante hidrólisis.

DISACÁRIDOS
se producen cuando se
combinan
químicamente dos
monosacáridos.
Consideremos tres de
los más importantes
disacáridos: la maltosa,
la lactosa y la sacarosa.

Los Disacáridos
pueden ser:
Maltosa

OLIGOSACÁRIDOS
son polímeros de hasta 20
unidades de monosacáridos. La
unión de los monosacáridos
tiene lugar mediante enlaces
glicosídicos, un tipo concreto de
enlace acetálico. Los más
abundantes son los disacáridos,
oligosacáridos formados por
dos monosacáridos, iguales o
distintos.

POLISACÁRIDOS
son glúcidos formados
por la unión de muchos
monosacáridos
mediante enlaces O-
glicosídicos con
pérdida de una
molécula de agua por
cada enlace.

GLUCOCONJUGADOS
Carbohidratos
covalentemente enlazados
a lípidos o proteínas. Los
principales glicoconjugados
son las glicoproteínas,
glicopéptidos,
péptidoglucanos,
glicolípidos y
lipopolisacáridos.

Los carbohidratos pueden ser
simples y complejos.

Entre más
procesados
están los
azúcares son
más difíciles
para el
organismo
digerirlos

El
análisis químico es
necesario para identificar
sustancias peligrosas,
químicos útiles de
ingeniería y para llevar a
cabo estudios en varios
campos. Estas técnicas de
análisis usualmente
destruyen un químico, así
que no son buenas si la
integridad de un químico
tiene que ser preservada.

Se
aplica en la reemisión
de radiación
previamente absorbida.
El análisis fluorimetrico
muestra muchas
características similares
a las de los métodos
fotométricos, aunque
posee como propiedad
particular su elevada
sensibilidad, que lo hace
particularmente útil en
el análisis de trazas.

Los métodos enzimáticos
son importantes para la
producción de alimentos y
garantía de calidad. Los
resultados proporcionan
información sobre los
nutrientes, la autenticidad
y el estado higiénico de
los alimentos. También es
posible detectar si el
alimento ha sido
manipulado mediante
métodos enzimáticos.

la
cromatografía de
gases es una
técnica
cromatográfica en
la que la muestra
se volatiliza y se
inyecta en la
cabeza de una
columna
cromatográfica.

La
cromatografía
líquida, también
conocida como
cromatografía de
líquidos, es una
técnica de
separación y no
debe confundirse con
una técnica
cuantitativa o
cualitativa de
análisis.

Consiste en 10 reacciones
enzimáticas consecutivas que
convierten a la glucosa en dos
moléculas de piruvato, el cual es
capaz de seguir otras vías
metabólicas y así continuar
entregando energía al organismo
GENERALIDADES DE LA GLUCOLISIS

La glucolisis o también
llamada glicolisis es un
proceso anaerobio, el
cual no necesita oxígeno,
este proceso ocurre en el
citosol.

FUNCIONES DE LA GLUCOLISIS
EN EL METABOLISMO
• La generación de moléculas de
alta energía (ATP y NADH) como fuente
de energía celular en procesos de
respiración aeróbica (presencia de
oxígeno) y fermentación (ausencia de
oxígeno).
• La generación de piruvato que
pasará al ciclo de Krebs, como parte de la
respiración aeróbica.
• La producción de intermediarios
de 6 y 3 carbonos que pueden ser
utilizados en otros procesos celulares.

Fosforilación de la glucosa: la
glucosa es fosforilada en su
carbono seis a glucosa seis fosfato
por la enzima hexocinasa con gasto
de una molécula de ATP. La
fosforilación permite que la glucosa
pase del torrente sanguíneo al
citoplasma y se quede en él.

Transferencia del grupo fosfato del fosfoenol piruvato al
ADP: la piruvato cinasa cataliza la reacción que da lugar a
la segunda fosforilación a nivel de sustrato, en esta
fosforilación el piruvato aparece primero en su forma
enol y depsues pasa automaticamente a su forma ceto sin
ayuda de alguna enzima.

VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATOS
Durante fase oxidativa, a
partir de glucosa-6-fosfato
obtenida mediante la
Fosforilación de la glucosa
libre, se obtiene NADPH y
finalmente se forma la
pentosa ribulosa-5-fosfato,
motivo por el cual este
proceso metabólico se
denomina “la ruta de la
pentosa fosfato”.

La fase no oxidativa de la
ruta de la pentosa fosfato se
inicia en caso que la célula
necesite más NADPH que
ribosa-5-fosfato. En este
segundo proceso se
encuentran una compleja
secuencia de reacciones que
permiten cambiar los
azúcares C3, C4, C5, C6 y C7 de
las pentosas para poder
formar finalmente
gliceraldehído-3-fosfato y
fructosa-6-fosfato, los cuales
podrán seguir directamente
con la glucólisis.

Es un ciclo metabólico de importancia fundamental en
todas las células que utilizan oxígeno durante el
proceso de respiración celular. En estos organismos
aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción
de las rutas metabólicas responsables de la
degradación y desasimilación de los carbohidratos, las
grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua,
con la formación de energía química.

CICLO DEL GLIOXILATO
El ciclo del glioxilato es una variante del ciclo del ácido
cítrico que ocurre en los glioxisomas de las células
vegetales (también ocurre en muchos hongos y protozoos).1
Permite generar glucosa a partir de ácidos grasos, esto es
muy importante en las semillas, debido a que la mayor
parte de la energía metabólica necesaria para su
desarrollo se encuentra en forma de triacilgliceroles.

Los lípidos, almacenes energéticos
de gran capacidad por su
naturaleza anfifílica algunos de
ellos constituyen el material básico
de la estructura de las membranas.
(Peña Díaz , Arroyo Begovich,
Gómez Puyou, & Tapia
Ibarguengoytia)
Reciben el nombre de lípidos
aquellas sustancias de origen
biológico, solubles en los llamados
solventes orgánicos, como el etanol,
éter, el cloroformo, el benceno, la
acetona, etc. (Peña Díaz , Arroyo
Begovich, Gómez Puyou, & Tapia
Ibarguengoytia)

Catabolismo de los lípidos
La oxidación de ácidos graso
constituye la principal fuente de
energía en el catabolismo de
lípidos; los triacilgliceroles,
constituyen la principal forma de
almacenamiento de energía química
en lípidos.
La oxidación de ácidos grasos se
inicia con la activación de la
molécula. Esta reacción, se forma un
enlace tioéster entre el grupo
carboxilo del acido graso y el grupo
tiol de la coenzima A.

Transporte hacia la mitocondria

Formación de cuerpos “Cetónicos”
Se producen cuando hay un
exceso de acetil-CoA por la B-
oxidación. Esta condición
ocurre cuando no se dispone
de suficiente oxaloacetato
para reaccionar con las
grandes cantidades de acetil-
CoA que podrían entrar al
ciclo del ácido cítrico.

El anabolismo de los ácidos grasos
Las reacciones anabólicas se llevan a
cabo en el cytosol. La acetil-CoA puede
formarse, ya sea por B-oxidación de
ácidos grasos o por decarboxilación de
piruvato.
El citrate que es exportado al cytosol
puede experimentar la reacción
inversa, la producicón de oxalacetato y
acetil-CoA.

Clasificación:
Los lípidos se pueden clasificar en: Saponificables,
ya que al someterlos a hidrólisis alcalina
(saponificación) se convierten en “jabones”, los
cuales son hidrosolubles por haberse convertido
en sales. Son aquellos que contienen en su
estructura ácidos grasos. Dentro de este grupo
tenemos: Lípidos simples Y lípidos complejos
También están los lípidos insaponificables, que
son los que no contienen ácidos grasos y por
tanto no tienen la capacidad de formar
“jabones”. Dentro de este grupo tenemos:
Prostaglandinas, leucotrienos y tromboxanos,
Derivados del isopropeno y Esteroides.

Funciones:
 Las grasas almacenan energía
 proporcionan aislamiento.
 conforman las membranas celulares.
 forman capas impermeables en las
hojas.
 proporcionan unidades estructurales
a hormonas como la testosterona

tipos más importantes de
lípidos: grasas, aceites, ceras,
fosfolípidos y esteroides.

Ácidos grasos esenciales
Los ácidos grasos omega-
3 y omega-6 desempeñan
diversas funciones en el
cuerpo. Son los
precursores (material de
partida) para la síntesis
de una serie de moléculas
de señalización
importantes, incluyendo a
las que regulan la
inflamación y el estado
de ánimo.

Aminoácidos y Proteínas
Las proteínas son uno de los principales
componentes de todas nuestras células. Los
aminoácidos son los bloques de construcción
de las proteínas.
Los aminoácidos se agrupan de acuerdo con su
comportamiento químico formando de esta
forma las proteínas. Todos los aminoácidos
comparten una estructura química común.
Los diferentes aminoácidos imparten diferentes
comportamientos químicos a la estructura de
las proteínas. Algunos de los 20 aminoácidos
comunes, pueden ser sintetizados por las
células

Características Generales
actividad óptica (cuando están en una solución
desvían el plano de la luz polarizada hacia la
izquierda o hacia la derecha), menos la glicina.
Solo los aminoácidos levógiros, L, forman parte de
las proteínas
anfóteros. Esto quiere decir que cuando están
disueltos en agua acuosa, los aminoácidos son
capaces de ionizarse como un ácido cuando el pH
es básico, como una base cuando el pH es ácido o
como un ácido y una base a la vez cuando el pH
es neutro.

Clasificación de los aminoácidos
Según su estructura los aminoácidos se clasifican así:
Alifáticos. Alanina, valina, prolina, metionina, leucina
e isoleucina
Aromáticos. Fenilalanina y triptófano
Básicos. Histidina, arginina y lisina.
Ácidos. Aspartato y glutamato.
Sin carga. Glicina, serina, treonina, cisteína, tirosina,
asparagina y glutamina.

PÉPTIDOSUn péptido es una molécula que
resulta de la unión de dos o más
aminoácidos (AA) mediante enlaces
amida. En los péptidos y en las
proteínas, estos enlaces amida
reciben el nombre de enlaces
peptídicos.
Un péptido es una molécula que
resulta de la unión de dos o más
aminoácidos (AA) mediante enlaces
amida. En los péptidos y en las
proteínas, estos enlaces amida
reciben el nombre de enlaces
peptídicos

Funciones
Entre las diversas funciones naturales que
pueden desarrollar los péptidos podemos destacar:
Regulan la presión arterial. Un
ejemplo es la angiotensina II, un octapéptido que se
origina mediante la hidrólisis de una proteína
precursora que se llama angiotensinógeno, y que no
tiene actividad vasopresora. Otro ejemplo sería la
bradiquinina, un nonapéptido hipotensor (actividad .
Aquí tenemos numerosos ejemplos.

Agentes Vasoactivos
más importantes
Oxitocina: nonapéptido segregado
por la hipófisis. Provoca la
contracción uterina y la secreción
de leche por la glándula mamaria,
facilitando el parto y la
alimentación del recién nacido.
Vasopresina: nonapéptido que
aumenta la reabsorción de agua en
el riñón (hormona antidiurética).

Clasificación de las proteinas
son aquellas que
intervienen en la constitución de los tejidos,
órganos y células. Como ejemplos se puede citar al
colágeno, que forma parte de la piel, ligamentos,
tendones, hueso y matriz de varios órganos.
son
aquellas que intervienen o facilitan un proceso
bioquímico en el organismo. Las funciones aquí son
casi innumerables, desde regulación de procesos
metabólicos hasta participación en la defensa
(sistema inmune), pasando por ser moléculas de
transporte de otras moléculas en la sangre.

Simples. Constituidas únicamente
aminoácidos. Entre ellas tenemos
albúminas, globulinas, histonas.
Conjugadas. Tienen en su composición
otras moléculas diferentes además de
los aminoácidos. A esa parte no
aminoacídica se le denomina grupo
prostético. Entre ellas tenemos las
glucoproteínas o mucoproteínas,
lipoproteínas, metaloproteínas.

Propiedades
Ácido-básicas.
Ópticas.
Químicas.
Solubilidad.
Espectro de
absorción.
Punto isoeléctrico

Reacciones de los aminoácidos
La descarboxilación: El aminoácido sufre descarboxilación alfa para
formar la correspondiente amina.
Formación de amidas: El grupo -COOH de los aminoácidos puede
combinarse con amoniaco para formar la correspondiente amina. Por
ejemplo: asparagina, glutamina, entre otros.
Reacciones debidas al grupo amino:
La transaminación: El grupo amino alfa de una aminoácido puede ser
transferido a un alfa-cetoácido para formar los correspondientes
nuevos aminoácidos y alfa-acetoácidos.
Desanimación oxidativa: El grupo amino alfa es removido del
aminoácido para formar el correspondiente catoácido y amoniaco.
Formación de compuestos carbamino: El dióxido de carbono se adiciona
al grupo amigo alfa de los aminoácidos para formar compuestos
carbamino.

Aminoácidos Esenciales
Los aminoácidos esenciales son
aquellos que el propio
organismo no puede sintetizar
por sí mismo.
Esto implica que la única fuente
de estos aminoácidos en esos
organismos es la ingesta
directa a través de la dieta.

Algunos de los alimentos con todos los
aminoácidos esenciales son: la carne, los
huevos, los lácteos y algunos vegetales
como la espelta, la soja y la quinua.

Aminoácidos No Esenciales
Los aminoácidos esenciales son aquellos
que el propio organismo no puede
sintetizar por sí mismo. Esto implica que
la única fuente de estos aminoácidos en
esos organismos es la ingesta directa a
través de la dieta.
Las rutas para la obtención de los
aminoácidos esenciales suelen ser
largas y energéticamente costosas.

EJEMPLOS DE
AMINOÁCIDOS
ESENCIALES

Proteína soluble producida por las células del
organismo, que favorece y regula las reacciones
químicas en los seres vivos.

son pequeñas moléculas orgánicas no proteicas que
transportan grupos químicos entre enzimas. A veces se
denominan cosustratos. Estas moléculas son sustratos
de las enzimas y no forman parte permanente de la
estructura enzimática.

El nombre sistemático de una
enzima consta actualmente de 3
partes:
 el sustrato preferente
 el tipo de reacción realizado
 terminación "asa"

Coenzimas y grupos prostéticos

Los catalizadores de las reacciones bioquímicas que
suceden en los organismos vivos se conocen como
enzimas. Estas generalmente son proteínas, aunque
algunas moléculas de ácido ribonucleico (ARN)
también actúan como enzimas.

Michaelis y Menten propusieron un modelo
simple para explicar la mayoría de las
reacciones catalizadas por enzimas. En este
modelo la enzima se combina reversiblemente
con su substrato para formar el complejo
enzima-sustrato (ES) que subsecuentemente se
rompe para formar el producto, hecho que
regenera a la enzima. El modelo para una
molécula de sustrato se muestra a
continuación:

El uso de inhibidores enzimáticos como agentes quimioterápicos se
basa en el principio de inhibición de ciertas enzimas diferenciables
que no se encuentren en el organismo afectado pero sí en las
células de los agente extraños. Ejemplo de estos inhibidores son los
agentes antimicrobianos.

Inhibidores de la Ruta del Ácido
Fólico: El ácido fólico pertenece al
grupo de las vitaminas B y se
halla ampliamente distribuido en
la naturaleza. Es necesario para
la biosíntesis de proteínas
estructurales, hemoglobina así
como es un cofactor esencial
para la síntesis de purinas y en
última instancia de ADN.

Los ácidos nucleicos son
las biomoléculas
portadoras de la
información genética. Son
biopolímeros, de elevado
peso molecular, formados
por otras subunidades
estructurales o
monómeros,
denominados Nucleótidos.

ARN mensajero (ARNm): Es quien lleva la
información del núcleo al citoplasma para
sintetizar las cadenas peptídicas.
ARN ribosomal o ribosómico (ARNr):Se asocia a
proteínas y forma los ribosomas, donde se
sintetizan más proteínas.
ARN de transferencia (ARNt): Su función es unir o
enlazar aminoácidos y transportarlos hacia los
ARNm para poder sintetizar las proteínas.

La replicación del ADN origina nuevas moléculas de ADN en forma
semiconservativa. Este proceso tiene lugar en la etapa de S del ciclo
celular y permite la transmisión de la información célula a célula.
La transcripción, es el proceso mediante el cual se originan
moléculas de ARNm que contienen información del ADN. La
transcripción inversa la realizan algunos virus (retrovirus).

Helicasa: La helicasa es una enzima es una vital en los
seres vivos ya que participa en los precesos de duplicación
y reproducción celular de este, transcripción,
recombinación y reparación del ADN, y de biogénesis de
ribosomas. Su misión es romper los puentes de Hidrógeno
que unen las bases nitrogenadas, haciendo posible que
otras enzimas puedan copiar la secuencia de ADN.
SSB: Las proteínas SSB en células procariotas (single-
stranded DNA binding proteins o proteínas ligantes de
ADN de cadena sencilla) son un conjunto de proteínas
encargadas de la estabilización de la apertura del ADN de
cadena sencilla generada por la acción de las helicasas
durante el proceso de replicación del ADN.

Ácidos Nucleótidos
son moléculas orgánicas
formadas por la unión
covalente de un monosacárido
de cinco carbonos (pentosa),
una base nitrogenada y un
grupo fosfato. El nucleósido es
la parte del nucleótido
formada únicamente por la
base nitrogenada y la
pentosa.

:
derivan de los
compuestos heterocíclicos aromáticos
purina y pirimidina.
son la
adenina (A) y la guanina (G). Ambas
forman parte del ADN y del ARN.
son
la timina (T), la citosina (C) y el uracilo
(U). La timina y la citosina intervienen
en la formación del ADN. En el ARN
aparecen la citosina y el uracilo.
la
flavina (F). No forma parte del ADN o
del ARN, pero sí de algunos
compuestos importantes como el FAD.

Funciones de Los Ácidos Nucleótidos
Son nexos químicos en los sistemas
celulares en respuesta a hormonas y otros
estímulos extracelulares
Son componentes estructurales de una serie
de cofactores enzimáticos e intermedios
metabólicos.
Son constituyentes de los ácidos nucleicos,
ácido desoxirribonucleico (DNA) y ácido
ribonucleico (RNA) que son los que contienen
la información genética.

Tipos de nucleótidos
en el ADN
Los nucleótidos en el ADN
contiene cuatro bases
nitrogenadas: timina, citosina,
adenina, o guanina.

Hay dos grupos de bases:
Pirimidinas: citosina y timina cada uno tiene un solo
anillo de seis miembros.
Purinas: la guanina y la adenina cada uno tienen
un anillo doble compuesto de un anillo de cinco
átomos atado por un lado a un anillo de seis
átomos.

Nucleótido y
nucleósido
Un nucleótido consiste en una base
nitrogenada, un azúcar (ribosa o
desoxirribosa) y uno a tres grupos
del fosfato.

Un nucleósido consiste en una base
nitrogenada covalentemente unida
a un azúcar (ribosa o desoxirribosa)
pero sin el grupo fosfato. Cuando el
grupo fosfato del nucleótido es
eliminado por hidrólisis, la
estructura restante es nucleósido.

Nucleótidos del ADN
El nucleótido en el ADN
consiste en un azúcar
(desoxirribosa), una de
cuatro bases (citosina (c),
timina (t), adenina (a),
guanina (g)), y un fosfato.
Citosina y timina son
bases de la pirimidina,
mientras que la adenina y
el guanina son bases de la
purina. El azúcar y la base
juntos se denominan
nucleósidos.

El orden de los nucleótidos
a lo largo de los polímeros
de ADN codifica la
información genética
portada por el ADN. Los
polímeros de ADN pueden
ser decenas de millones de
nucleótidos de largo. En
estas longitudes, el
alfabeto del nucleótido de
cuatro letras puede
codificar la información
casi ilimitada.

Nucleótidos del ARN
Como el ADN los polímeros del
ARN son componen de las
cadenas de nucleótidos. Estos
nucleótidos tienen tres partes:
1) un azúcar de cinco carbonos
ribosa,
1) una molécula de fosfato y
1) una de cuatro bases
nitrogenadas: adenina,
guanina, citosina o uracilo.

Importancia del ARN
El ARN (ácido ribonucleico) es el material genético
responsable de trasferir y llevar a cabo las instrucciones
presentes y convierte estas en proteínas, uno de los
bloques básicos con los que estamos hechos.
El ARN se especializa en la síntesis de proteínas celulares
por Transcripción (cuando el ARN ingresa dentro del
Núcleo celular y es codificado por el ADN) y
por Traducción (cuando el ARNm lleva la información al
citoplasma de la célula para que sea ejecutada en la
síntesis de proteínas que la célula lo requiera).

Importancia del ADN
En la molécula del ADN (Ácido
Desoxirribonucléico) se encuentra almacenada
toda la información biológica del organismo
sea esta visible (Fenotipo) o recesiva
(Genotipo) es el encargado de mantener, a
través del código genético, la información
genética necesaria para crear un ser vivo
similar a aquel del que proviene, es el
portador de la información genética necesaria
para el funcionamiento y desarrollo del ser
vivo, además controla y coordina todas las
actividades, procesos y funciones celulares,
constituyendo el depósito fundamental de
información genética.

Digestión de nucleótidos
de la alimentación
Absorbes nucleótidos de los alimentos que comes y
las fuentes de la dieta proporcionan los nucleótidos
que tus células necesitan para sobrevivir. Los
nucleótidos en los alimentos están típicamente
presentes como hebras largas de material genético,
que pueden contener varios millones de nucleótidos.
Después de una comida, el páncreas segrega dos
tipos de enzimas, desoxirribonucleasas, que se
descompone en ADN y ribonucleasas, que se
descomponen en ARN, explica el Dr. Thomas Morrell
del Imperial Valley College. Estas enzimas escinden
el ADN o ARN de los alimentos en cadenas más
cortas de nucleótidos, que tu cuerpo luego absorbe
y transporta a las células para su uso.

Fuentes alimenticias de nucleótidos
Puesto que casi todos los alimentos
y bebidas se componen de células
intactas o contenidos celulares, casi
todos los alimentos proporcionan
una fuente de nucleótidos. En
general, debes consumir nucleótidos
adecuados, independientemente de
los alimentos específicos que
componen tu dieta. Consume
granos, carnes, pescado, nueces,
legumbres, frutas y verduras, zumos
de fruta y la leche como fuente de
nucleótidos, así como las fuentes de
otros nutrientes.

BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO
La bioenergética, o
termodinámica bioquímica, es
el estudio de los cambios de
energía que acompañan a
reacciones bioquímicas. Los
sistemas biológicos son, en
esencia, isotérmicos, y usan
energía química para
impulsar procesos vivos. El
modo en que un animal
obtiene combustible idóneo a
partir de sus alimentos para
proporcionar esta energía es
básico para el entendimiento
de la nutrición y el
metabolismo normales.

Metabolismo
Cualquier actividad física,
intelectual o sensorial, incluso
el reposo, necesita de un
aporte energético para
llevarse a cabo. Las
células vivas realizan trabajo
constantemente, por lo que
requieren energía para el
mantenimiento de estructuras
muy organizadas, para la
síntesis de componentes
celulares, para la producción de
luz y para muchos otros
procesos.

Es una actividad celular muy
coordinada y dirigida, en la que
muchos sistemas multienzimáticos
cooperan para cumplir cuatro
funciones:
Obtener energía química a partir
de la captura de energía solar o
a partir de la degradación de
nutrientes
Convertir moléculas nutrientes en
moléculas características de la
propia célula
Polimerizar precursores
monoméricos a componentes
celulares
Sintetizar y degradar
biomoléculas requeridas en
funciones celulares especializadas.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA APLICADAS A
LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Todos los intercambios
de energía que ocurren
dentro de ti (como tus
muchas reacciones
metabólicas) y entre tú
y tu entorno, pueden
ser descritos por las
mismas leyes de la
física, como
intercambios de energía
entre objetos calientes y
fríos o moléculas de gas
o cualquier otra cosa
que podrías encontrar
en un libro de texto de
física.

Hay tres tipos de sistemas en la termodinámica:
abierto, cerrado y aislado.
• Un sistema abierto puede intercambiar energía
y materia con su entorno. El ejemplo de la estufa sería
un sistema abierto, porque se puede perder calor y
vapor de agua en el aire.
• Un sistema cerrado, por el contrario, solo puede
intercambiar energía con sus alrededores, no materia.
Si ponemos una tapa muy bien ajustada sobre la olla
del ejemplo anterior, se aproximaría a un sistema
cerrado.
• Un sistema aislado es que no puede
intercambiar ni materia ni energía con su entorno. Es
difícil encontrarse con sistema aislado perfecto, pero
una taza térmica con tapa es conceptualmente similar a
un sistema aislado verdadero. Los elementos en el
interior pueden intercambiar energía entre sí, lo que
explica por qué las bebidas se enfrían y el hielo se
derrite un poco, pero intercambian muy poca energía
(calor) con el ambiente exterior.

La primera ley de la
termodinámica piensa en
grande: se refiere a la cantidad
total de energía en el universo,
y en particular declara que esta
cantidad total no cambia. Dicho
de otra manera, la Primera ley
de la termodinámica dice que la
energía no se puede crear ni
destruir, solo puede cambiarse
o transferirse de un objeto a
otro.

La segunda ley de la
termodinámica
La energía no puede ser
creada ni destruida, pero
puede cambiar de formas
más útiles a formas menos
útiles. La verdad es que, en
cada transferencia o
transformación de energía
en el mundo real, cierta
cantidad de energía se
convierte en una forma
que es inutilizable (incapaz
de realizar trabajo). En la
mayoría de los casos, esta
energía inutilizable adopta
la forma de calor.

La entropía en los sistemas
biológicos
Una de las implicaciones de la
segunda ley de la
termodinámica es que, para
que el proceso se lleve a
cabo, de algún modo debe
aumentar la entropía del
universo. Esto
inmediatamente puede
plantear algunas preguntas
cuando se piensa en
organismos vivos, como tú.
Cada célula de tu cuerpo tiene
su propia organización
interna; las células se
organizan en tejidos y los
tejidos en órganos; y todo tu
cuerpo sostiene un cuidadoso
sistema de transporte,
intercambio y comercio que te
mantiene vivo.

REACCIONES BIOQUÍMICAS COMUNES:
REACCIONES ENDERGÓNICAS,
EXERGONICAS, ENTROPÍA, ENERGÍA LIBRE
DE GIBSS
Reacción endergónica: es aquella
reacción química en la cual la variación
de energía libre de Gibbs es positiva.
Por tanto, se tratará de una reacción
desfavorable o no espontánea.

Reacción exergónica: es aquella
reacción química en la cual la
variación de energía libre de
Gibbs es negativa. Se trata, así,
de una reacción espontánea
(aunque recordemos que la
espontaneidad no nos dice nada
acerca de la velocidad a la cual
se producirá la reacción
química, es decir, de la cinética
química).

Entropía: En el principio
enunciado por Clausius que
anteriormente citamos,
podemos encontrar la relación
con la entropía y la energía
liberada en un proceso.
Pensemos en un motor. El
motor necesita de una fuente
de energía para poder
convertirla en trabajo.

La energía libre de Gibbs (G):
de un sistema es una medida
de la cantidad de energía
utilizable (energía que puede
realizar un trabajo) en ese
sistema. El cambio en la
energía libre de Gibbs durante
una reacción provee
información útil acerca de la
energía y espontaneidad de la
reacción (si puede llevarse a
cabo sin añadir energía).

COMPUESTOS DE ALTA
ENERGÍA CELULAR ATP
Los compuestos de alta
energía se caracterizan por
uno o más enlaces
(químicos) de alta energía
que liberan un gran
volumen de energía libre a
través del catabolismo. Los
enlaces de alta energía
tienen este nombre porque
almacenan mayor cantidad
de energía que los enlaces
químicos ordinarios Estos
enlaces químicos se
encuentran en los reactivos.

Mediante la utilización de energía
(reacción endergónica) un fosfato
inorgánico (Pi) libre se une a una
molécula de adenosina de
difosfato (ADP) para poder formar
una molécula de adenosina de
trifosfato (ATP). Esta reacción se
puede expresar como: Pi + ADP
ATP.

Cuando el ATP es enzimáticamente
hidrolizada, se degrada le enlace
químico que almacena energía
entre ADP y Pi, el grupo fosfato
terminal es transferido a agua, con
liberación de ADP y fosfato
inorgánico (Pi). La energía libre
derivada (biológicamente útil) de
esta reacción puede ser acoplada
con reacciones que requieren
energía (ATP + H2O ADP + Pi +
energía).

FUENTES DE ATP
Básicamente, el ATP proviene
principalmente del catabolismo de
las sustancias nutricias energéticas.
Una vez estos sustratos entran en la
célula, se inicia una serie de
reacciones químicas a través de
diversas vías metabólicas. Estas vías
pueden ser de dos tipos, a saber,
anaeróbicas o aeróbicas. El
metabolismo o vía anaeróbica no
requiere la presencia de oxígeno,
de ahí el termino anaeróbico (sin
aire o sin oxígeno).

REACCIONES DE OXIDO REDUCCIÓN BIOLÓGICA Y
ACOPLAMIENTO DE REACCIONES EN LOS
SISTEMAS BIOLÓGICOS
Reacciones Oxido-reducción
Las reacciones de oxidación
reducción llamadas también
redox; son aquellas en las
que tienen lugar una
transferencia de electrones
desde un dador electrónico
(el agente reductor) hasta
un aceptor electrónico (el
agente oxidante).

Oxidaciones biológicas
Son todos los procesos de
carácter biológico que
tienen lugar en las
diferentes células y en las
cuales las moléculas
orgánicas se transforman
mediante reacciones de
oxidación -reducción. Las
moléculas orgánicas se
caracterizan por su elevada
energía potencial que está
determinada por el alto grade
ordenamiento y la estabilidad
de sus estructuras.

RUTAS CATABÓLICAS, ANABÓLICAS Y
ANA PLETÓRICAS
Rutas Catabólicas: Entre los distintos
tipos de biomoléculas orgánicas que
forman parte de las células vivas hay
que distinguir por un lado a las
proteínas y los ácidos nucleicos, cuya
misión fundamental es el
almacenamiento, transmisión y
expresión de la información genética
("biomoléculas informativas"), y por
otro a los glúcidos y lípidos
("biomoléculas energéticas") cuya
principal misión es la de proporcionar
energía para los distintos procesos
celulares y que por lo tanto están
llamados a ser los grandes

Rutas Anabólicas: Es el
proceso por el cual se
componen nuevas proteínas
a partir de los veinte
aminoácidos esenciales. El
proceso consta de dos
etapas:
Traducción del ARN
mensajero, mediante el cual
los aminoácidos del
polipéptido son ordenados
de manera precisa a partir
de la información contenida
en la secuencia de
nucleótidos del ADN.

Rutas Anapletóricas:
Las reacciones
anapleróticas y
catapleróticas no
son aisladas una de
la otra, sino al
contrato son
intrínsecamente
relacionadas y
reciprocas, pues
entre ambos
procesos se coordina
y mantiene la
entrada y salida de
los intermediarios
del ciclo de Krebs.

¿Qué es Fosforilación
Oxidativa?

La fosforilación oxidativa
funciona con dos tipos de
reacciones que están
acopladas, una utiliza
reacciones químicas que
liberan energía, mientras
que la otra utiliza esa
energía para llevar a
cabo sus reacciones.

El ATP- sintasa
Un gran complejo proteico llamado ATP-
sintasa situado en la membrana
mitocondrial interna (MMI), permite a los
protones pasar a través en ambas
direcciones; genera el ATP cuando el protón
se mueve a favor del gradiente. Debido a
que los protones se han bombeado al
espacio intermembranoso de la mitocondria
en contra de gradiente, ahora pueden fluir
nuevamente dentro de la matriz
mitocondrial y mediante la vía ATP-sintasa,
se genera ATP en el proceso. La reacción es:
|ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O|

La fosforilación oxidativa se
conforma de dos componentes
estrechamente relacionados: la
cadena de transporte de electrones
y la quimiosmosis.

La cadena de transporte de electrones es una serie de proteínas y
moléculas orgánicas que se encuentran en la membrana interior de
la mitocondria. Los electrones pasan de un miembro de la cadena de
transporte al siguiente en una serie de reacciones redox. La energía
liberada en estas reacciones se captura como un gradiente de
protones, el cual se utiliza a su vez para para formar ATP en un
proceso llamado quimiosmosis. En conjunto, la cadena de transporte
de electrones y la quimiosmosis constituyen la fosforilación
oxidativa.

Los pasos clave de este proceso,
mostrados de manera simplificada
en el diagrama anterior, incluyen:
Entrega de electrones por NADH y FADH2. Los acarreadores de
electrones (NADH y FADH2_reducidos en otros pasos de la
respiración celular transfieren sus electrones a las moléculas
cercanas al inicio de la cadena de transporte. En el proceso se
convierten en NAD, y FAD, que pueden ser reutilizados en otros
pasos de la respiración celular.
Transferencia de electrones y bombeo de protones.
Conforme se mueven los electrones en la cadena, se
desplazan de un nivel de energía más alto a uno más bajo,
lo que libera energía. Parte de esta energía se utiliza para
bombear iones de H+, lo que los desplaza fuera desde la
matriz hacia el espacio intermembranal. Este bombeo
establece un gradiente electroquímico.

Separación de oxígeno molecular para formar
agua. Al final de la cadena de transporte de
electrones, los electrones se transfieren a una
molécula de oxígeno, la cual se rompe a la mitad y
recolecta H para formar agua.
Síntesis de ATP impulsada por un
gradiente. Cuando fluyen por el
gradiente de regreso hacia la
matriz, los iones de H pasan a
través de una enzima llamada ATP
sintasa, la cual aprovecha el flujo
de protones para sintetizar ATP.

El NADH es muy bueno donando
electrones en reacciones redox (o sea
que sus electrones están en un nivel de
energía alto), por lo que puede
transferir sus electrones directamente
al complejo I y se transforma otra vez
en NAD. El movimiento de los
electrones a través del complejo I en
una serie de reacciones redox libera
energía, la cual el complejo usa para
bombear protones desde la matriz
hacia el espacio intermembranal.

El FADH no es tan bueno para
donar electrones como el
NADH (o sea que sus electrones
se encuentran en un nivel de
energía más bajo), por lo que
no puede transferir sus
electrones hacia el complejo I.
En su lugar, introduce los
electrones a la cadena de
transporte a través del
complejo II, el cual no bombea
protones a través de la
membrana.

¿para qué le sirve la cadena de transporte
de electrones a la célula? Tiene dos
funciones importantes:
Regenera los acarreadores de
electrones. El NADH y el FADH2
donan sus electrones a la cadena de
transporte de electrones y se
convierten otra vez en NAD y FAD.
Esto es importante porque las
formas oxidadas de los
acarreadores de electrones se
utilizan en la glucólisis y en el ciclo
del ácido cítrico, así que deben estar
disponibles para mantener estos
procesos en funcionamiento.

Forma un gradiente de protones. La
cadena de transporte genera un
gradiente de protones a través de
la membrana interna de la
mitocondria: en el espacio
intermembranal hay una
concentración más alta de H y en la
matriz hay una concentración más
baja. Este gradiente es una forma
de energía almacenada que, como
veremos, se puede utilizar para
generar ATP.

Con esta información, podemos hacer un
pequeño inventario de la degradación
de una molécula de glucosa:

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