Este documento presenta el prefacio de la vigesimaquinta edición de la Bioquímica de Harper. En 3 oraciones: 1) Explica que esta es la vigesimaquinta edición en inglés y decimaquinta en español de este libro de texto de bioquímica, el cual ha sido publicado continuamente desde 1929. 2) Señala los principales cambios realizados en esta edición, incluyendo nuevas ilustraciones, capítulos actualizados, información ampliada sobre estructuras de proteínas, y secciones nuevas

1. DECII.QT'IT{ EDICIO E E5P T}[
TRADTCID. DE L
rGEstt Qt'tT{ EDICIÓ E r(,r F.
Bioquímica
de Harper
i
ROBERT IC MIIRRAY, MD, PHD
Professor of Biochemisry
University of Toronto .
Toronto, Ontario
DARYL II GRANNER, MD
Joe C. Davis Professor of Biomedical Science jl
Director, Vanderbilt Diabetes Center
Professor of Molecular Physiology and Biophysics
and of Medicine
Vanderbilt Uiiiversity
Nashville. Ten¡essee
Traducción segtin ia l-ía. edición en inglés por:
MSP Javier Eduardo Cómez Saborio
Facultad de fedicina
Unir ersidrd dc uiradalajara
M. en C. José Ramón Murillo Zaragoza
Facultad de Medicrna
Facultad de Psicologia
UNAM
Dra. Ilian Naget Arsof Saab
Médico Ciru.jano
UNAM-tztacala
PETER A. MAYES, PHD, DSC
Emeritus Profbssor of Veterinary Biochemistry
Royal Veterinary College
University of London
Londres. Inglaterra
vrcroR w. RODWELL, PHD
Professor of Biochemistry
Purdue University
West Lafayette, Indiana
Revisor técnico
Dra. Ana María López Colomé
lnstituto de Fisiología Celular
Jefe del Deparlamento de Bioquímica
Facultad de Medicina
UNAM
Editor Responsable:
Dr. Jesús A. Cedillo
Editorial EI Manuat Moderno
Editorial El Ihanual lfloderno
lfléxico, D.F. - Santafé de Bogotá

2. I
Prefacio
Los aut.-::s '. ," edittrrial están orgullosos de presen-
tar -" .:::.::.r.iequinta edición en inglés, decimaquinta
en :s:.i--i. de Bioquímica de Harper. Review of
, ...,-.¡;Eical Clternisrry, se publicó por primera vez
e: - v-r9 ¡ se revisó en 1944, y rápidamente obtuvo un
s:;r número de lectores. En 195i apareció la tercera
edición con Harold A, Harper, como autor de la
L-niversity of Calrfurnia School of Medicine, en San
Francisco. El Dr. Harper se mantuvo como único autor
hasta la novena edición y como coautor en las si-
guientes ocho ediciones. De los autores actuales, Peter
Mayes y Victor Rodwell han estado involucrados con
el libro desde 1a décima edición, Daryl Granner desde
la vigésima y Robert Munay desde Ia vigesimaprimera.
En esta edición nos complace la llegada de Peter
Kennelly como un coautor de los capítulos concer-
nientes a enzimas.
Creemos que BioquÍmica de Harper tiene la ma-
vor marca de publicación continua que cualquier libro
de iexto de bioquimica en el mundo, y varias veces ha
srdo publicado en más de i5 idiomas. Es de interés
he¡er notar que cuando se publicó la primera edición.
se desconocían las estructuras del DNA, de varias
moleculas de RNA y de proteínas.
El .¡bietir o general de esta edición de plata de 1a
Bioquímica de Harper, es proporcionar una cobeúu-
ra concisa r ¡on autoridad de los principios de la
bioquímica r bioloeía molecular. El texto ofrece nu-
merosos ejemplos de cómo el conocimiento de la
bioquímica es esencial para comprender el manteni-
miento de la salud. las causas y el tratamiento racional
de muchas enfermedades.
üAlVlEiÜS ET'J LA VIG ES¡MAQ¡JINT,A
É3it[Ó[.*
Los objetivos de los autores durante Ia preparación de
esta última edición fueron. prinero. proporcionar tan-
to al estudiante de medicina como al de ciencias de 1a
salud, un libro que no solo describe las baes de la bio-
química, sino también que le sea útil e interesante a1
lecton y segundo, que refleje los últimos avances en
la bioquímica imporlantes en medicina. El siguiente
resufiren ilustra los cambios principales en el libro y
señala algunas áreas del texto que se han actualizado:
' Muchas de las ilustraciones. en parlicular en las
secciones I, II y lll, se han renovado o mejorado para
facilitar la comprensión de los conceptos y fenó-
menos en el texto.
. Cada uno de los capítuios ha sido revisado y actua-
lizado, algunos de ellos de manera extensa.
'Se amplió la infbrmación sobre la función del agua,
puentes de hidrógeno y otros enlaces, y fuerzas
que participan en la estabilización de macromo-
léculas, así como el tratamiento de los valores de
pK de los residuos en las proteínas'
'Se actualizó Ia descripción de la secuenciación de
péptidos.
' Se incluyen figuras nuevas para describir la apli-
cación de cristalografia de rayos X y de resonancia
magnética nuclear (RI{N) en la determinación de
las estructuras tridimensionales de las proteínas.
' Esta edición también contiene una nueva secci/¡n
acerca de las bases de las encefalopatías espongi-
formes transmisibles o enfermedades por prion (p.
ej., enfermedad de Creutzfeld-Jacob, scrapie y la
enfemedad de ias vacas locas)
' Se revisaron los cuatro capítulos acerca de enzittla¡.
incluyendo el aná1isis de los mecanismos de ct'l:-
trol biológico (en especial el control de la actir ide¿
enzimática mediada por fosfbrilación).
' Los diagramas metabólicos se presentali 0 ct¡1t¡r
para hacer más comprensibles los mecanismcrs que
subyacen a las enfetmedades metabólicas (c.'tll,-'
diabetes mellitus y aterosclerosis)" r' para c". .

3. t7 . Bioquinica de Harner (Prefacio)
estudi¿rnte aprecie mejor los conceptos metabólicos
rmp.orlantes y apoye la actual práctica y consejos nu_
tricionales.
' El material actualizado en los capítulos refbrentes
al metabolismo, incorpora nuevos aspectos acerca
de la función de la insulina en 1a regulación del
metabolismo de glucógeno: mecanismos de inhi_
bición de la biosíntesis de prostaglandinas por meclio
de la aspirina, antiinflamatorios no estéroides. ¡,
colticoesteroides anti inflamatorios ; mecanismo de
transpofte de colesterol reverso, incluyendo Ia n_
ción de las lipoproteínas pre-B de alta densidad; papel
de la proteína de transf-erencia de triacilglicerol en
la fbrmación de lipoproteínas de muy baja densi_
dad; funcionamiento de ios metabolitos de señali_
zación en Ia regulación de la expresión genética; y
las funciones de varias proteínas transportadoras
de glucosa en la absorción de los azúcares desde
el intestino.
' Se incluye nueva in1'ormación acerca de los teló_
[1eros, telomerasa y su relación con e[ envejeci_
miento ¡, el cáncer.
' Se agrega Lln análisis sobre el papel de las secuen_
cias de tripletes repetidas en ej DNA en varias
enfermedades.
' Se actualizaron las explicaciones acerca de la
replicación y reparación del DNA.
' Se comparan las caracterÍsticas generales de la sín_
tesis de DNA y RNA.
' Se revisan los estudios del ensan.rble del complejo
de preinicio de la transcripción y de los pasos ini_
ciales involucrados en el inicio de la ésta, y los
dos modelos prevalentes del ensamble dei óom_
piejo de preinicio se expiican en cletalle.
' Se actualizan las descripciones del procesamiento
y modificación del RNA.
n Se expiica la función de la eIF-4E en el inicio de la
síntesis de proteínas y se mencionan los mecanis_
mos por medio de los cuaies algunos virus co_opt
la síntesis de proteínas huésped-.
'También se acfualiza de manera exhaustiva la infol_
mación de la regulación de la expresión genética.
' Se mencionan las funciones de los coreguladores
y de la acetilación/desacetilación de histónas en la
acción de las honnonas, y se describe el concepto
de las unidades de respuesta a las homtonas.
' Se revisaron todos los capítulos referentes a ias
¡cciones de varias clases de hormonas.
Fn relación con las membranas, se incluve mate_
: ¡l nuevo acerca de la impotación nuclear de
:r.:,¡eínas y de los canales iónicos.
Se describen las recientes declaraciones refbren_
¡es ai Provecto Genoma Humano de EUA.
. Se menciona la importancia ile la agregación de
proteínas y de otros fáctores en la génesis de cier_
tas enfermedades neurodegenerativas crónicas.
. Se incluye una nueva historia de caso de hemocro_
matosis, y se actualiza la intbrmación sobre la
distrolla museular.
. En varias áreas del texto se rn.orporaron los nú_
meros de la Herencia Menc¡.iana en el Hombre
On line, para referirse a enlernedades genéticas
con el fin de f'acilitar la refererr-ia a tales trastomos.
. Se ha incluido r-rna lista de srtr¡,s .eb en bioquímica
y biología molecular.
*raLxAf$íuA*!{r$ ffi Et. t*i B R,t:
El texto está dividido en tres ca: '*ros introductorios^
segriidos de seis secciones prin-. .les.
La Sección I trata de pror; :.ls y enzimas, que
son ia fuerza de trabajo dei orgarus::,_. Debiclo a que mu_
chas de las reacciones en ej .,3rpo hurnano son
catalizadas por enzimas. es irnp. -..::e comprender sus
propiedades antes de pasar a oi':: iemas.
En la Sección II se explic: ; - nto varias reaccio_
nes celulares utilizan o produc:: =rergía y trazan 1as
vías por medio de las cuales si : .etizan y degradan
los carbohidratos y lípidos. Tan-: ;n se describen las
diversas funciones de estas dos , ..ses de moléculas.
La Sección III trata de los .:- :oácidos y su des_
tino, y muestra cómo el metabo ..::r¡ de éstos también
emplea y produce energía.
La Sección IV describe las ;:::,lcturas v funciones
de los ácidos nucleicos, cubrien¡: a representación de
DNA -+ RNA -+ proteínas. Aqu- :,.ntbién se describen
los principios de Ia tecnología c; DA recombinante,
un tema con inrplicaciones in:: -tanles en ciencias
biomédicas ¡ en roda la biologr_
En la Sección V se mencr¡:-an las hormonas ¡,
sus funciones principales en 1¡ :.-,municación inter_
celular y en ia regulación met¡:-.ica. para altctar a
ias células, las hormonas printe:,: deben interactuar
con las membranas plasrnáticas , r,, rlares, de esta ma_
nera, la estructura y función ce la membrana está
enfocada de manera inicial.
La Sección V[ consta de 1-1 r:mas especiales: vita_
minas hidrosolubles y liposolubles. nutrición, digestión
y absorción, glucoproteínas, matnz extracelular, múscu_
1o,. proteínas plasmáticas (inmuno slobulinas y coagula-
ción sanguínea), eritrocitos y leucocitos, metabolismo
de xenobióticos, cáncer y factores de crecimiento, las
bases bioquímicas y genéticas de las enfermedades,
varios tl'astornos neuropsiquiátricos y l0 historias de
caso bioquímicos.
Visite nuéstñ-!@iffi
wwry.mcgraw,hill-educacion.com

4. [);-., ¡r¡, ¡, , , ,aa
E1 Apéndice contiene una lista cie las principales
pruebas bioquímicas de laboratorio y sus márgenes de
referencia usados en medicina ciinica.
AG RADEE§MEHil,¡TOS
Los autores agraclecen a David Bames por su gran in_
terés, consejo y apoyo. Estamos particularmente
agradecidos a Jim R.ansom por su magistral trabajo
editorial; su capacidad y compromiso han tenido una
función imporlante en el éxito que goza esta edición.
Por el excelente trabajo rle arte y cooperación de Maggie
Darrow y sus colegas, los autores están sumamente
agradecidos, así como por la capacidad de Harriet
Lebowitz y Jeanmarie Roche. Las sugerencias para
mejorar y 1as correccioues po1-par-te de estudiantes r
colegas en todo el mundc. han siilo cle r¡ran avucla nar.a
esta edición; se espera corltar L-rrn e11a*s para lo p,o..ir-
ma edición. VWR ilesea a_qradecer .: peter Kemeil¡, ptu,
eL placer de trabajar con el en ltr: c.iprr Llrr; Si a i i.
RN{K agradece a Inka Brockhausen. E. Rl¡ert Bruce
y Paul Fraser por sll generosa ayuda parr r.i, rs:; los
capítulos 5 6. 62 y ó4, respectivartenle. asi c ¡ r:- ,.. .t lra-
decer a los doctores Fred Jerick Keely y N1argai3. R.-...rd
por sus articulos oncológicos cotno r.o0ul(rl.j. _:
capítr-rlos 57 1, 59. respectivamente. Los aurores .1:r:t-
decen la arnplia aceptación -y apoyo que ha re;r :J,.
este lil.lro en muchos países. Algunas ediciones ¡ .,,
versión en inglés se han reimpreso en Japón. Lib"'
Taiwán. Filipinas y Corea; además, existen traduc- , -
nes a1 italiano, españoi" porlr,rgués, japonés. prrj:.,
alemán" indonesio, serl.o-croata y griego.
Abrilde 1999
RKM
DKG
PAM
I
I
"l 7

5. Contenido
v
I
;
Prefacio
Capítulo l. Bioquímica y medicina..............
Robert K. .hrroy, MD, PhD
Capítulo 2. Biomoléculas y métodos bioquÍmicos
Robert K. ,)firrray, MD, PhD
Capítulo 3. Agua y pH t7
llctor l[: Rody,ell, PhD
31
l3
73
SECCIÓN I
ESTRUCTURAS Y FUNCIONES
DE PROTEÍNAS Y ENZIMAS
Capítulo 4.Aminoácidos
Victor lI1. Rodyyell. PhD
Capítulo 5. Pépticlos
Victor W'. Rodw,ell. PhD
Capítulo 6. Proteínas: estructura y función
I/icbr W. Rodwell. PhD
Capítulo 7. Proteínas: mioglobina y hemoglobina
Victor W. Roú.¡,ell. PltD
Capítulo 8. Enzimas: propiedades generates .......;;;;;.;..i.,i*).,.,..1i,i S7
y Peter J. Kennellv, PhD

6. X . Bioquímica de Haryer (Contenitlt¡)
Capítulo 9. Enzimas: cinética ...".101
Victor ltrl. Rodwell, PhD
y Peter J. Kennelly, PhD
Capítulo 10. Enzimas: mecanismos de acción .........".........119
Ilicfor W. Rr¡dvell, PhI)
t Pefer J. Kennelly, l?hD
Capítulo 11. Enzirnas: regulación de la actividad... ..................;.r,i..iu:..i.á,.).,.,.,.;;;;127
)¡ Peter J. Kennellv, PhD
SECCIÓN II
BIOENERCÉTIC,I Y MEruBOLISMO
DE CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS
Capítulo 12. Bioencrgética: la ftncién del ATP ";;,;,..;;..;;;;;;;,;;.;;:X45
/¡i Capítulo 14. L-adena respiratoria y fosforilación oxidativa ..."......"" .". 161
Petet ,,1. lvl¡¡:es PhD. DSt'
Capítulo il5]'Carhohidrat¡rs dc importancia fisiológica......"........ ....... 175
Pefer A. l,Iat'e.¡ PhD. DSc
,-
Capítuto 16",l.ípidos de importancia fisiológica ..........".. ......""....."....... 187
Pttlcr ti. ¡7¡,1'ss PhD. L)St
-*4 C apítulolfl) Aspectos gcnerales tlel metaboli smo
intermediario "............. ."....."......... 201
Peter A. Mat'e,s PhD. DSc
Ca
Cr
;C¡
t.
-(-
¡
t
I
,!
I
sl

7. apítulo 2l..,Gluconeogénesis y control de la glucosa
Capítulo:ZL;Vía de los fosfatos de pentosa y otras vías
del metabolismo de hexosas ................. ..............;;;;;.;...;;;;;;;;;..-_.2s5
Capítulo 23. Biosíntesis de los ácidos grasos .......;;;;;;:..;;;;.;;;;.;..;:;,267
Capítulo 24. Oxidación de Ios ácidos grasos: cetogénesis........................;;,;;;:...;;;;;;;.;,:.;;,277
Capítulo 25. Metabolismo de ácidos grasos insaturados ..
y de eicosanoides.......... .;;,;;;;..;;;;;;.;;.;..;,;,r89
capítulo 26. Metabolismos de los acilgliceroles y los-esfingolípidos ....................2gg
PeÍer A. lrlayes PhD, DSc
Capítulo 27. Transporte y almacenamiento de tos lípidos .......................;;;;;;:..;;;;,.;;;;.;,..;;1309
Capítulo 28. Síntesis, transporte y excreción del colesterol.....-......".. ...................32g
Peter A. Mayes PhD, DSc
Capítulo 29. Integración del metatrolismo y provisión
de combustibles tisu1ares................ .;;,;;;..;;;;;;.;;.;..;;,343
, SECCION III
¡'METABOLTSMO DE nROTEíNAS y AMINOÁCIDOS
Capítulo 30. Biosíntesis de aminoácidos nutrimentalmente
no esenciales ";;;;;';;.";';;;;:,;jiii3st
Capítulo 31. Catabolismo de las proteínas y del nitrógeno
de los aminoácidos ................. .....363
Victor W. Rodwell. PhD
Capítulo 32. Catabolismo de los esqueletos de carbono
de ros aminoácidos """""'"""' """"""';;;;i
ii'i'"ii;'ijrii37s
capítulo 33. conversión de los aminoácidos a productos especializados ...............................401
Vicfor W. Rodwell, PhD
eápítulo 34. Porfirinas y pigmentos biliares ..".................413
Roberf K. Murray, MD, PhD ,/
F:
Jr
-
slIe ri.
:-mcgñ
Peter A. Mayes PhD, DSc
('otttettitlc¡ . -'i

8. XII . Bioquímica de Harper
Capítulo 41. Regulación de
Capítulo 42. Tecnología del
SECCIÓN IV
" ESTRACT(IRA, FUNCION Y REPLICACION
Von MACROMOLÉCULAS INFORMATIVAS
Capítulo 35. Nucleótidos ...........
Víctc¡r W. Rodwell. PhD
Capitulo 36. Metabolismo de nucleótidos de purina
Vicfor Il. Rodv,ell, PhD
'Capítulo 37. Estructura y función de los ácidos nucleicos... ....-;;;;;";;;;';;;';;
Capítulo 38. Organización, replicación y reparación
del DNA....
Dor1,l K. Granner MD
Capítulo 39. Síntesis, procesamiento y modificación
der RNA ...........;.;;;;';";;;;;;;^;;
Capítulo 40. Síntesis de proteínas y el código genético .............;;;;:;.;..;,.;;;;;.0;;
ta expresión génica ......;.;r:;;...;;;;;;;.;:;;
Dctryl K. Gronner MD
SECCIÓN V
I BIOQUúMICA DE LA COMUNICACIÓN
1 mTru,qCELULAR Y EXTRACELULAR
t'
Capítulo 43. Membranas: estructura, ensamble y función
Robert K. Murray, MD, PhD
y Daryl K. Granner, MD
ri
Capítuto 44. Acción de las hormonas """"""" 611
Darltl K. Granner, MD
I
,g,, ' Capítulo 45. Hormonas hipofisarias e hipotalámicas ........... ...."""""629
llll
' DatYl K' Granner' MD
'illl
iillrrrrr Capítulo 46. Hormonas tiroideas """""""""" 611
.,-.,t Í. c-^--.. l¡f)
(Conteni,;
-1-1-
4J-1
579

9. 1
Capítulo 17. Hormonas que regulan el metabolismo
' del calcio """"';;;;;.";;;';;;;;';;;61'
Capítulo 48. Hormonas de la cortezasuprarrenal """"""""' """"""' 657
Danl K. Granner MD
Capítulo 49. Hormonas de la médula suprarrenat """"""""' """"""'673
Daryl K. Granner, MD
Capítulo 50. Hormonas de las gónadas """""679
DarYl K. Granner, MD
Capítulo 51. Hormonas del páncreas y del tracto
gastrointestinai............ """;';;;;.';;;';;;';';;69'
SECCIÓN W
I TEMAS ESPECIALES
Capítulo 52. Estructura y función de las vitaminas
hidrosolubtes .............. """"""""' 719
Peter A MaYes, PhD, DSc
Capítulo 53. Estructura y función de las vitaminas ' ra<
liposolubles ................ """"""""" 'JJ
Peter A MaYes, PhD, DSc
I
I Crpitoto 54. Nutricién................ "'747
Peter A MaYes, Ph.D, DSc
T§
€ Capítulo 55. Digestión y absorcién.............. ""759
C-apítulo 56. Glucoproteínas """"'773
Robert K, MurraY, MD, PhD
Ceúhto 57.Lamatrtzextracelular................. """"""""" 795
Robert K, MurraY, Md' PhD
y FrederickW. KeeleY, PhD
"1
I
^..r^ -, ^i+^^¡arralarn .....817
* Capítuto 5& Músculo y citoesqueleto ..........
'T
--r----- - r - - ^ Robert K, Murray, Md, PhD
*< Capítulo 59. hoúeínas plasmáticas, inmunoglobulinas
?f --r-----
t.*grl""ióo sarrgrínea............ ...---;;r*.;;;;.;;troK
y Roben K, MurraY, Md PLI)
f
--

10. . Bioqttímicu de Hurper (Cot'ttenido)
, CapÍtulo 60. Eritrocitos y leucocitos...."....... ...873
Robert K, Murray, MD, PltD
Capítulo 61. N{etabolisrno de los xenobióticos ........... ....... g93
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 62. Cáncer, genes cancerígenos y factores
de crecimiento ............ .................901
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 63. Bases bioquímicas y genéticas
de la enfermedad.......... ...............929
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 64. Bases bioquímicas de algunos trastornos
n€uropsiquiátricos .,,949
Robert K, Murray, MD, PhD
Capítulo 65. Casos clínicos y su trase bioquímica ...............;;;;.;;;,..;;;.;;,..;;::r,
.{péndice ...993
.{breviaturas que se utilizan en bioquímica.............. ....... 1001

11. Bioquímica y medicina
Roberf K. Murray, MD, PhD
rNTRoDUccrót'¡
Labioquímica es la ciencia que estudia las diversas mo-
§ulas
presentes en las células y los organismos vivos,
asi como sus coffespondientes reacciones químicas.
Cualquier cosa más allá de la comprensión superficial
de la üda ----en todas sus manifestaciones requiere del
conocimiento de la bioquímica. Los estudiantes de
medicina que adquieren un conocimiento sólido de la
bioquímica están mejor capacitados para afrontar dos
temas centrales de las ciencias de la salud: l) la com-
prensión y conservación de la salud y 2) la comprensión
y tratamiento eftcaz de la enfermedad.
La bioquímica es la química
de la vida
La bioquímica puede definirse con mayor formalidad
como la ciencia que estudia las bases químicas de la
rida (del griego, bios: "vida").
La célula constituye la unidad estructural de los
sttemas r-ivos. La consideración de este concepto con-
&e 'na definición funcional de labioquímica como
Lffi qre estudia Ios componentes químicos
üLm.¡ rirr- lsí como sus reacciones y proce-
fr[FF Lrrieaen. Según esta definición, la
EqE-' Es ¡ütr¡rs uE urr,,g¡¿ ccrurar
El propósito de la bioquímica consiste
en describir y explicar, en términos
moleculares, todos los procesos
quím¡cos de las células vivas
El objetivo principal de la bioquímica consiste en la
comprensión integral, a nivel molecular, de todos los
procesos químicos vinculados con las células vivas. Para
alcatzar este objetivo, los bioquímicos han procurado
aislar 1as diversas moléculas presentes en las células,
para determinar sus estructuras y analizar cómo fun-
cionan. Para dar un ejempio, el esfuerzo de muchos
bioquimicos por comprender la base molecular de la
contractilidad
-un
proceso vinculado sobre todo.
aunque no de manera erclusiva, con las células muscu-
lares ha reqiLerido Ia pudficación de muchas molécu1as
sencillas y complejas. seguida por estudios detallados de
su esÍr.rctura y función. Mediante estos esfuerzos se han
puesto de manifiesto algunas de las caracteristicas de
la base molecular de 1a contracción muscular.
Un ob.jetivo adicional de la bioquímica es ¡1 int:r.-
to por comprender la manera en que inicia la
"
rJ¡ E
conocimiento de este tema f-ascinante irrd,1 i¡ r-:..-- ;
su fase inicial.
La perspectiva de la bioquímica reru
como la vida misma. Dondequiera que
nen lugar procesos químicos. Los bioquÍn
tales procesos en microorganismos, pla
peces^ aves. mat-ntlert s s-t-3: r- .. --,r : i : i
dc las cierte il- l.t' n.c- -..- .-
fur la hr(q.¡ln.r-.r l- . - :
bargo, la comprensión de la bioquimica en las fu-
de vida menos complejas, a menudo tiene
directa parula bioquímica humma Freje@.B
teorías contemporáneas sobre la regulación de la mi-
vidad de los genes y de las enzimas en seres humffi.
derivan de esfudios pioneros en las levaduras del po
y en las bacterias. El campo del DNArecombir*
tiene su origen en los estudios sobre las bacterias y Im
virus de éstas; la gran velocidad de muliiplicación de
ambos y la facilidad de extraer su material genético,
los hace adecuados para el análisis y las manipula-
ciones genéticos. El conocimiento ottenido a partir de
los estudios sobre los genes virales causantes de cier-
tos tipos de cáncer en animales (oncogenes virales).
ha permitido profundizar en la comprensión de la ma-
nera en que las células humanas se convierten en
cancerosas.

12. . Bioquímica de Harper (Capítttlo l)
El conocimiento de la bioquímica
es fundannental para todas
las ciencias de la vida
La bioquímica de los ácidos nucleicos constituye el
corazón de la genética; a su vez, la aplicación de los
criterios de la genética ha resultado crucial para eluci-
dar muchas áreas de la bioquímica. La fisiología, el
estudio de la función corporal se sobrepone casi por
completo, con la bioquímica. La inmunología utiliza
numerosas técnicas bioquímicas, y muchos criterios
inmunológicos tienen un amplio uso por parte de los
bioquímicos. La famacolo gíay la farmacia requieren
de un sólido conocimiento de la bioquímica y la fisio-
logía; en particular, casi todos ios fármacos se meta-
bolizan mediante reacciones catalizadas por enzimas,
y las interacciones complejas entre aquéllos se compren-
den mejor desde la perspectiva de la bioquímica. Los
venenos actúan sobre reacciones o procesos bioquímicos;
esto constituye la materia principal de la toxicología.
Los criterios bioquímicos se utilizan cada vez más para
el estudio de los aspectos básicos de la patología (el es-
tudio de la enfermedad), como inflamación, lesión
celular y cáncer. Muchos investigadores en microbio-
logía, zoología y botánica emplean criterios bioquími-
cos de manera casi exclusiva. Toda vez que la vida, en
la forma que se conoce, depende de reacciones y pro-
cesos bioquímicos, estas interrelaciones no resultan
sorprendentes. En realidad, cada día se rompen las
viejas barreras entre las ciencias de la vida, yla bio-
química se convierte cada vez más en el lenguaje
común entre ellas.
-l na interrelación recíproca entre
cjoquímica y medicina ha estinrulado
los ava¡rces mutuos
Como se menciona al inicio de este capítulo, Ios dos
intereses principales de los investigadores de las cien-
cias de la salud
-y
en particular de los médicos-
consisten en la comprensión y conservación de la salud
y el conocimiento y tratamiento eficaz de las enferme-
dades. La bioquímica influye de manera importante sobre
ambos intereses fundamentales de la medicina. De he-
cho, la interrelación entre bioquímica y medicina
constituye una amplia vía de doble sentido. Los estu-
dios bioquímicos han aclarado muchos aspecios de la
salud y la enfermedad y, a Ia inversa, el estudio de
diversos aspectos de la salud y la enfermedad abre nue-
vas áreas de labioquímica. En la figura 1 I se muestran
algunos ejemplos de esta vía de doble sentido. por
ejemplo, se necesitó cierto conocimiento de la estruc-
tura y función de las proteínas para elucidar la pequeña
diferencia bioquímica entre la hemoglobina normal y
la de las células falciformes. Por otra parte, el análisis de
la hemoglobina de las células falciformes contribuyó
de manera significativa al conocimiento de la estruc_
tura y función de la hemoglobina norm¿il y de otras
proteínas. Se pueden citar ejemplos análogos del be_
neficio recíproco entre bioquímica y medicina para el
resto de los temas pareados que se muestran en la fi_
gura 1-1. Otro ejemplo corresponde al trabajo pionero
de Garrod. un n.rédico en Inglaterra durante los prime_
ros años de1 siglo rr. Él estudió pacientes con diversos
trastomos re larivamente infrecuentes (alcaptonuria,
albinismo. cistrnuria y pentosuria; éstos se describen
en los últimos capitulos) y estableció que estos tras-
tomos tienen ongen genético. Garrod los designó como
errores innatos del metabolismo. Sus aportes pro_
porcionaron bases impoftantes para el desarrollo del
campo de 1a genérica bioquímica humanai
Esta interrelacrón entre medicina y bioquímica
presenta implicaciones filosóhcas importantes para
la primera. A medida que el tratamiento médico selun-
damenta con firmeza en un conocimiento de la bioquí-
mica 1 L'ttras ciencias básicas relevantes (p. ej., fisiolo-
gía. niicrobiología, nutrición), la práctica de la medicina
posee una base razonada que puede adaptarse para
incluir el nuevo conocimiento. Esto contrasta con los
cultos heterodoxos de la salud, que a menudo se basan
en p'oco más que mitos y buenos pensamientos y que.
generahrente, carecen de cualquier base intelectual.
LOS PROCESOS BIOQUíIU¡COS
NORMA¡-ES CCIN¡§TITLJYEN LA BASE
DE LA SALIJP
La Or"anización Mundial de la Salud (OMS) define la
salud como un estado de "completo bienestar fisico,
men:al r social, y no sólo como la ausencia de enfenle-
dades r. padecimientos". Desde un punto de vista es-
tnctamente bioquímico, la salud puede considerarse
como 1a siruación en que todas las miles de reacciones
lnt¡acelulares y extracelulares que se llevan a cabo en
e1 cuerpo. transcuffen a un ritmo apropiado a su máxi-
ma supen ivencia en el estado fisiológico. Sin embargo,
eslo .onstituye un enfoque demasiado reduccionista y
debe enf-atrzarse que la atención de la salud requiere
un amplio conocimiento de los principios biológicos,
psrcológicos y sociales.
La investigac¡ón bioquínnica
ha modificado la nutrlción
y la medicina preventiva
Un prerrequisito importante para la conservación de
Ia salud es una ingestión dietética óptima de diversos
químicos; los principales son las vitaminas, ciertos
aminoácidos y ácidos grasos, diversos minerales y
7

13. Figura 1-1. Elemp cs :3 a . .= .,: : ::-. ,,
bioquÍmicos de a parte s-3.':' :: - =:'.* = . -
inversa, el análisrs de las er':--=-:.:' .- :.:
célulasfalciformesesuna en'er:-¿:=: -;-- - -
agua. Debido a clue ei objeto dc estu.i,¡,r; .-: : --
.rr-.J,r -. l: rr,Ltlición corresponde a los dtr e:':¡ -r
JSpeCtoS .i: :!tr-rs químicos, existen estrechas in-
terrelacione: enre ambas ciencias. Inclusive. a medlda
q'l- se procura abatfu los costos crecientes de la aten-
,.rn médica. se hace mayor énfasis en los intentos
::s¡emáticos para conselvar la salud y diferir la enfer-
aedad; es decir. en 1a medicina preventiva. Por tanto,
se enfatizan cada r ez más los criterios nutricionales
para, por eiemplo. prevenir la arterioesclerosis y el
cáncer. E1 maneio apropiado de la nutrición depende
mucho dei conu.cimiento de la bioquímica.
Todas las enfermedades
tienen una base bioquímica
Todas las enttmredades son r.nanifestaciones de anor-
malidades rnoleculares o de las reacciones y los proce-
sos químicos. En el cuadro 1 I se listan 1os factores
principales que originan ent'en¡edades en animales y
seres hunranos. Todos afectan una o más reacciones
químicas o moléculas cruciales en el organismo. Casi
todas las enf-ermedades analizadas en este texto se de-
ben a las causas 5, 7 y 8.
Se dispone de abundante información sobre las apli-
caciones de labioquímica en Ia prevención, diagnóstico
y tratamiento de cnfcrmedades; en el transcurso de este
libro se citan muchos ejemplos. Aqui se dan siete ejeur-
plos suscintos para ilustrar la amplitud del tema y
estimular el interés del lector. En los capítulos iista-
n dos en el cuadro l-2 hay más intbnr,ación sobre cstos
i$ Padecimientos.
BIOQUIMICA
MEDICINA
rne a la bioquímica y la medicina. El conocimiento de los compue#
conocimiento de las enfermedades mostradas en la mitad inferioñ a h
Iarece muchas áreas de la bioquímica. Obsérvese que la anemia de
aterosclerosis y la diabetes mellitus presentan componentes genéüm.
1 l L ¡,:r r'1 r¡b.jr'ttr .11- crlilsen'ar 1a sali.rd, los seres hu-
l:r::r¡,s ie3¡n ingeril divelsas moléci-rlas orgánicas
.t¡ir:irrr'.:¡> den.rminadas r riaminas. La deflcien-
...i. ::r l¡ dieta. de una vitanrina en pafiicular.
Crrnrlit¡irit3 ias leacciones en 1as cuales particr-
pa. E:t: situ¡crtin puede nranif-estarse como una
cntt:nretjad por deticiencia^ como e1 escorbuto
o el raquitismo rdcbidos a la falta de ingestión
de r itarninas C ¡ D. respectir.amente). El esclare-
cimiento de la ñlr.rción de las vitaminas o sris
derivados con actividad biológica cn las células
animales 1, humanas constltu e una preocupación
de bioquímicos y nr.rtriólogos desde finales del
sigio xx. Una vez establecido que una enl'ermedaci
cs consecuencia de una de ticiencia vitamínica, es
razonable su tratamiento mediante la administra-
ción de 1a vitamina adecuada.
2) El hecho de que en África muchos vcgetales ca-
rezcan de uno o más de los aminoácidos esenciales
(es decir, aminoácidos que deben suministrarse
Cuadro 1-1 . Causas principales de enfermedad.
Todas las causas listadas actúan al influir sobre
varios mecanismos bioquímicos en la célula
o el cuerpo*
Ácidos
nucleims
A
Prote ínas
Y
': :':-^-:s
LÍpidos
tI
I
ü
Arterio-
esclerosis
cl
,t,
1. Agentes fís¡cos: trauma mecánico, temperaturas extremas, cam-
bios súbitos en la presión atmosférica, radiac¡ón, descarga eléctnca
2. Agentes químicos, inclusive fármacos: ciertos compuestos tóxicos.
fármacos terapéuticos, etc.
3- Agentes biológ¡cos: virus, bacterias, hongos, formas superiores de
parás¡tos
4. Falta de oxÍgeno: pérd¡da de sum¡n¡stro sanguíneo, depleción de la
capacidad de la sangre para acarrear oxígeno, envenenamiento de
las enzimas oxidativas
5. Trastornos genéticos: congénitos, moleculares
6. Reacciones inmunitarias: anafilaxis, enfermedad autoinmunlta''¿
7. Desequilibrios nulrimentales: deficiencias, excesos
8. Desequilibrios endocrinos: deficiencias y excesos hormonaies
Adaptado con autorización de Robbins SL, Cotram RS 'l--:'
The Pathologic Basis of D¡sease,3rd ed. Saunde.s ' ?::
Carbohidratos

14. - ..--_-----:tt
(Capítttlo l)
Los números entre paréntesis corresponden a los números de
Mendelian lnheritance in Man (Herencia mendeliana en el hombre)
(véase Referencias); cuando no se lista número alguno, el trastorno
no aparece en ese trabajo, tal vez porque no es predominantemente
genético (p. ej., raquitismo, kwashiorkor, cólera) o porque se trata de
un proceso patológico (p. ej., ateroscleros¡s) opuesto a una entidad
patológica diferenciada.
en la dieta para conselvar la salud). ayuda a cxpli-
car 1a malnutrición debilitante (kwashiorkor) que
at-ecta a los Iactantes que clependen de tales vege-
tales como fuentes en la dieta principales de pro-
teínas. El tratamiento de las cleliciencias de
aminoácidos esenciales ticne bases razonadas, siu
embargo. no siempre resulta tactible. Consistc en
proporcionar una dieta equilibrada, con cantida-
des adecuadas de todos 1os arninoácidos esenciales.
3) Los esquimales de Groenlandia conslrmen gran-
des cantidades de aceites de pescado, abundantes
en ciertos ácidos grasos poliinsaturados, y se sabe
que presentan concentraciones plasmáticas bajas
de colesterol y una baja incidencia de ateros-
clerosis. Estas observaciones han estimulado el
interés en la utilización de los ácidos grasos
poliinsaturados para disminuir las concentracio-
nes plasmáticas de colesterol.
Las enfermedades por deficiencia vitamínica y
las insuficiencias de aminoácidos esenciales cons-
tituyen ejemplos de desequilibrios nutricionales
(cuadro I 1). Otro ejemplo podría ser la afierio-
esclerosis, pcro en ésta también pafiicipan otros
lactores importantes (p. ej., genéticos).
4) La falta de tratamiento del trastomo denorrinado
fenilcetonuria puede originar retraso mental gmve
cn lactantes. Desde 1953 se conoce la base bioquí-
mica de este padecimiento, quc es de origen genéti-
co y es consecuencia de la baja actividad o ausencia
de la enzima convefiidora del aminoácido feni-
lalanina en e[ aminoácido tirosina. Esto. a su vez"
aumenta la conccntración de fenilaianina en la
sangre y daña al sistema nerioso central en desa-
rrollo. Ci-rando se determinó la naturaleza bioquí-
mica de este daño en la fenilcetonuria. la enf'er-
meclad se pudo fÍatar, razonadamente. medi¿rnte
la administración a los lactantes af'ectaclos de una
dieta baja en f-enilalanina. Una vez que se dispu-
so de pruebas bioqi-rírnicas de dctección para el
diagnóstico de 1a f-enilcetonuria en el llomelrto
del r:racimicnto, se pudo iniciar de inmediato el
tratamiento eflcaz.
5) La fibrosis quística es un padecimienlo cie origcn
genético frecuente que afecta las glándulas sr-rdol.i-
paras exocrinas y ecrinas. Se caracteriza por secre-
ciones anormalrnentc viscosas, las cuales taponan
los conductos secretores del pár.rcreas y los bron-
qr-rio[os. Además, los pacientes prL-sL-r]tan concen-
tlaciones lnás elevadas de cloruro en el sudor. La
muerle suele ocurrir a una edad tcntprana ¿t con-
secuencia de inf-eccioncs pulmonares. En 1989 se
infolmó dcl aislamiento y Ia secuencia completa
dcl gen cilusante dc esfa enf-ennedad. El gen nor-
n-ra1 codilica a una proteina transmen.rblanal
(el regr-Llador de la conductancia transmembrana
de l¿r fibrosis quística), con una longitud de I 48t)
arninoácidos, que funciona como Lln canal dc clo-
ruro. Aproximadamente en 70o,,ii de pacientes con
flbrosis quística, la anormaliclad consiste en Lina
deleción de tres b¿rses en dicho gen. 1o que ori_srnr
r:na proteína transmembranal carente del amino-
¿ic ido núl-nero 508. un residuo de f-enilalanina. En
la acrualid¿id se investiga la manera en quc esta
deicción deteriora la función de la proteina trans-
mernbranal r, resulta en e1 moco excesivamente
espeso. Este importantc trabajo habrá de facilitar
1a detección de los porladores del gcn de la fibrosis
quística . se espera, dé lugar a un tratamiento
más razcrn¡ido de 1a enfen¡edad que el existente
hasta cl montento. Por ejemplo, podrían diseñar-
se lánracos que corrijan la anorntaliclad en 1a
protL'ín¿ transmembrana; de igual manela" podr.ia
introducirse el gen nornral en ias células puh.r.tona-
res nrediante terapéutica génica. La fenilcetonuri¿
.v la fibrosis quística son ejempios de trastomos
genéticos (cuadro I 1).
6) Elaná1isis de los mecanismos de acción de 1a tori-
na bacteriana causantc del cólera ha proporciona-
do avances importar.rtes para saber cómo se origi-
nan las manilestaciones clínicas de la enlermedad
(diarrea abundante y pórdidas de sal y agua).
7) La diabetes mellitus prevalece en muchas partes
de1 mundo. Un aspecto ftrndantental de la diabe-
tes es una anormalidad de1 metabolismo de la
glucosa, clue resulta en arimento de las conccntra-
ciones sanguíneas de ésta (hiperglucemia). Se
reconocen dos tipos principales: el tipo I (insuli-
--=:-: -4 :.:_-:s g,e¡ptos de enfermedades
:-,:: :s:+-:s : :.:- -rcos se comentan en el libro
i:.- _-.:- Deficienciadeproteínadietética
Factores genéticos, dietéticos y
ambientales
28
=;-:e:cnuria
rlrtul 261600)
Principalmente mutaciones en el
gen codiflcante de la fenila¡anina
hidroxilasa
= Drosis quÍstjca
(MrM 219700)
Mutaciones en el gen codificante
de la proteína CFTR
65
Cólera Exotoxina de Vibrio cholerae 65
Diabetes me¡l¡tus
t¡po 1 (MlM
222100)
Factores genéticos y ambientales
resultantes en deficiencia de
insu lina
51, 65
7

15. B ioqttírnica.r' ¡r¡e¿ii.
Estos r .,.: .
1lll111r-f,1 ,-l- - ..:
l1lllJlI. I> .:l.-:.
alrrtl :l - ,. :l-
nodependiente) y el tipo 2 (no insulinodepen-
diente). Para comprender la diabetes mellitus y
tratarla efi cazmente, el médico deb e famlliarizar-
se con el metabolismo de la glucosa y los muchos
efectos de la insulina en el organismo humano.
nhnc acflrdinc hiarr¡rírninac aola¡qn
cimes ioiciales reálizadas por Garod sobre
queño de errores innatos del metabolismo
del decenio de 1900, estimularon la inves-
las vias bioquímicas afectadas por esos
Los esfuerzos por conocer la base de la
enfermedad gelética conocida como hip ercolestero-
lemi¡ familiar, que causa arterioesclerosis intensa a
rma edad temprana, han dado lugar a un progreso im-
porrante en el conocimiento de los receptores celulares
¡i los mecanismos de captura del colesterol al interior
de las células. Los estudios en desarrollo sobre
oncogeaes en las células cancerosas, han atraído la
atención hacia los mecanismos moleculares involu-
crados en el control del crecimiento celular normal.
:-...chos ejemplos positrles ilustran la
; : ;-srudio dc la enfermedad puede abrir
:: ia función celular para la investiga-
-., básica.
t ::..,¡,-i,ruari. descripciones concisas de los meca-
r-r1S1rrrS ¡irr!lLlinricos subyacentes en ntuchas en-
len¡redadcs. Sin embargo, los capítulos 63, 6zl y 65
descnber.r de rnodo específico las bases bioquímicas
de varios padecimientos importantes. En cl Apéndice
se comentan brevemente algunas consideraciones bá-
sicas utilizadas para inferpretar los resultados de las
pruebas bioquírnicas de laboratorio y lista 1as pmebas
de uso más difundido junto con los valorcs e interva-
1o-. nsrrt.,.r correspondientes. E1 propósito general
Je estos capítulos finales y del Apéndice consiste en
-, .,-rcler ¡. estin.rular a1 lector para que convierta el co-
- - . rr-..r'Nto de la bioquímica en una práctica clínica
' ..:
:,:-. :l .',.radro 1 3 se resumen algunas aplicacio-
nr': r-:: r .:..-r,rs cle las investigaciones bioquímicas y
las :.--.:-,. :: l¡bor'¿rtorio en relación con las enfer-
Ire dira:) :: ..,. .1ir elsas secciones del Iibro se
ple ,ieniar;i :_;:: :-_,. .itcionales de muchas de cstaS
aplicat-ir.n:.
Cuadro 1-3. Algunas aplicaciones
de las investigaciones y pruebas de laboratorio
bioquímicas respecto a las enfermedades
Aplicac¡ón Ejemplo
'1
. Evidenciar las causas y los me-
canismos básicos de los tras-
tornos
2. Sugerir tratamientos razonados
de las enfermedades basados
en el punto anter¡or
3. Ayudar en el d¡agnóstico de
padecim¡entos específ¡cos
4. Actuar como pruebas de detec-
ción para el diagnóstico opor-
tuno de algunas enfermedades
5. Ayudar en la vigilanc;a de la
evolución (p. ej., recuperación,
empeoramiento, remisión o re-
caída) de ciertos trastornos
6. Ayudar en la evaluac¡ón de las
respuestas de las enfermeda-
des a la terapéutica
Demostración de ¡a naturaleza de
los defectos genéticos en la
fibrosis quística
Utilización de una dieta escasa en
fenilalanina para tratar la fenil-
cetonuria
Empleo de Ia enzima creatinacinasa
MB (CK-MB) plasmática en el
diagnóstico de infarto del mio-
cardio
Uso de la med¡ción de Ia tiroxina o
la hormona estimulante del
tirordes (TSH) sanguÍneas en el
diagnóstico neonatal de hipoti-
roidismo congénito
Utilización de la enzima plasmática
alanina aminotransferasa (ALT)
para vigilar la evolución de la
hepatitis ;nfecc¡osa
Empleo de la medición de¡ antÍge-
no carc¡noembrionario (CEA)
sanguíneo en c¡ertos pacientes,
tratados, de cáncer del colon
La bioquírlica es la ciencia que estudia las diversas
moléculas presentes en las células y los organismos
vivos. así como sLrs reacciones quírlicas. Toda vez que
1a vida depende de las reacciones bioquírnicas, la
bioquimica sc ha convertido en el lenguajc básico de
todas las e icncias biológicas.
La bioquímica se rclaciona con la totalidad de las
fbn¡as de i,'ida. desde vims y bactcrias relativatr-rente
sencillos, hasta 1os complejos seres humanos.
La bioquímica y la medicina están íntimamente
interrelacionadas. La salud dcpende de un equilibrio
armónico de las reacciones bioquímicas que se producen
en el organismo, y la enferntedad refleja 1as anormali-
dades en las biomoléculas y las reacciones o los
procesos bioquín.ricos.
Los avances en el conocimiento bioquímico aclaran
mlrchas áreas dc la medicina. A la inversa, el estudicr
de las cnfemedadcs pone de manif-rcsto aspectos" pre-
vianrentc insospechados, de la bioquímica.
Con frecuencia, los criterios bioquímicos son
fundamentales para csclarecer las causas de ias entir.-
medades así como para el diseño de las terapéuti,:;r.
adecuadas.
La utilización juiciosa de las diversas pniebas
bioquín"ricas de laboratorio es un compollente intc{r'.i'
del diagnóstico ¡r la vigilancia de1 tratantiento.
El conocimiento sólido de la bioquímica r de r.ir.,r.
discipiinas básicas intcmelacionadas. rcsuirr -LL: -..
mental para la práctica razonada de las cielrcr:r.
cas y de la salud. I
I
.a

16. (Capítulo I )
REFERENCIAS
Garrod AE: Inborn errors of metabolism. (Croonian
_ Lectures.) Lancet 1908;2:1,j3, 142, 214.
Kornberg A: Basic research: The lifeline of medicine.
FASEB I 1992;6:3143.
KornbergA: Centenary ofthe bith ofmodem biochemistrv.
FASEB J 1997;1t:t209
McKusick YA: Mendelian Inheritance ín Man. Catalogs
of Human Genes and Genetic Disorders,l2th ed. Johns
^ . Hopkins Univ Press. lA9g. ¡466r.t iaterJ MlMl.
Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): Center for
Medical Genetics, Johns Hopkins University and
National Center for Biotechnology Infomation. Natio_
nal Library of Medicine, 1997. ht{:llwww.ncbi.ninr
nih.gov/omim/
(E1 número asrgnado a las entradas en MIM y OMf lVf se cita
en capitulos selectos de este libro. La consulta de esta
et!-n:a coiección de enfermedades y de otras entradas
reler antes
-proteínas
especificas, enzimas. etc._ ha_
bri dL- ampliar en gran medida el conocimicnto y 11
s-r¡nlprenSión del lector sobre los diversos temas referi_
J.,. r- s¡ms¡¡¿dos en e1 libro. La versión en la rccl se
:c¡ualiza casi diariamentc).
Scrir er CR et al. (editors): The Metabolic ancl llolecttlctr
Btses oJ htherited Disease, Tth ed. McGrau,_Hill. I 9g5.
illiams DL, Marks y: Scientilic Founclation.s ol-
ts i o c h e m i s t rr- in C I i n i c a I p r a c t ice, 2nd etl. B utterwonir_
Heiner¡ann, 1995.

17. -=t¡¡-
^¿
Biomoléculas y métodos bioquímicos
Robert K. Murray. l,1D. PhD
".-ilD-rCCióN
- .:; :":iru1o tiene cinco objetivos. El primero consis-
. ::. -:j.car la composición del cuerpo y las clases
principales de moléculas presentes en éste. Dichas
:: ,- ;:'' .s Jrrntbmtan 1os temas más importantes de
, . ;;. '. : constituye la unidad principal, estrucfi-
ra1 ;' - *- : : i¡l de 1a biología. Casi todas las reacciones
químl;:. : '.: ¡ienen lugar en el cuerpo acontecen den-
tro de r:> .-:lulas. Por tanto, el segundo objetivo es
proprri.rL':.ri una relación resulnida de los compo-
nentes celulares y cómo pueden aislarse; Ios detalles
d¡ s,-s , *:..-r.¡nes ibrman la mayor parte del contenido de
r-Sii iiir¡.
ir. te¡cer objetivo se ref,iere a la bioquímica como
;,e::¡;¡ erperimental. Resulta impofiante comprender
r¡rr'.-iir el criterio y los métodos experimentales
ut..rz:dtrs :n broquímica para permitir que ei estudio
de :st: se con ierta en un ejercicio del aprendizaje
sistemático. Iás aún. 1a bioquímica no es una estruc-
lura innutable de conocimiento, sino un campo en
evolución constante. Los avances, igual que en otras
áreas biomédicas, dependen del enfoque experimen-
tal y de la innovación tecnológica.
El cuarto objetivo es resumir, brevemente, los lo-
gros más importantes alcanzados en la bioquímica.
La perspectiva concisa de la ciencia que se presenta
a1'uda al lector a adquirir un sentido de la dirección
"eneral del resto del libro.
El quinto objetivo consiste en exponer el conoci-
miento limitado que se tiene en ciertas áreas; por
ei emp1o. desan'ol1o, diferenciación, función encefálica,
cáncer r muchas otras enfermedades humanas. euizá
esto siñ a como estímulo para que algunos lectores
contribur an a la investigación en dichas áreas.
EL GUERPO HUMANO SE COMPONE
DE UNOS CUANTOS ELEMENTOS
QUE SE COMBINAN PARA FORMAR
UNA GRAN VAR¡EDAD DE MOLÉCULAS
Los elementos principales son carbono,
hidrógeno, oxígeno y n¡trógeno
Se ha determinado la composición elemental del cuer-
po humano; en el cuadro 2-1 se listan los hallazgos
más importantes. Los constituyentes principales de casi
todas las biomoléculas son carbono, oxígeno, hidró-
geno y nitrógeno. El fosfato forma parte de los ácidos
nucleicos y otras moléculas; en su forma ionizadatam-
bién se distribuye, ampliamente, en el cuerpo humano.
El calcio tiene una función importante en imumera-
bles procesos biológicos, y en la actualidad constituye
el centro de gran parte de la investigación. Los ele-
mentos listados en la tercera columna del cuadro tienen
diversas funciones. Lamayorparte se encuentra casi a
diario en laprácticamédica, al atender a los pacientes
con desequilibrios electrolíticos (K*, Nat, Cl- y Mg2*),
anemia por deficiencia de hierro (Fer*) y enfermeda-
des tiroideas (I-).
Las cinco biomoléculas complejas
principales son DNA, RNA, proteínas,
polisacáridos y líp¡dos complejos
Como se muestra en el cuadro 2 2, las principales
biomoléculas complejas presentes en células y tejidos
de animales superiores (inclusive los humanos) son
DNA, RNA, proteínas, polisacáridos ylípidos. Estas
moléculas complejas se construyen a partir de biomo-
léculas simples, las cuales también se listan. Los bloques
estructurales del DNA y RNA (conocidos en con-junto

18. 8 . Bioc¡trínticct tle Horper (Capítulo 2)
En el cuadro 2-1 se proporcionó la composición elemen_
tal del cuerpo humano. En el cuadro 2-3 se muestra la
composición química; los componentes principales son
proteína, grasa, carbohidrato, agua y minerales. El agua
es el componente principal, si bien su cantidad varía
mucho en los diferentes tejidos. Su naturaleza polar y
capacidad para formar enlaces de hidrógeno hacen al
agua perfectamente adecuada para funcionar como el
sohente del organismo; en el capítulo 3 se presenta
una descripción detallada de sus propiedades.
En ei siglo Xx. Schleiden ¡, Schu,ann, y otros pioneros
.Lrno ¡irchow, reconocieron a la céluia como la uni_
dad básica de la actividad biológica. Sin embargo, en
los años subsecuentes a la Segunda Guerra Mundial.
tres avances impulsaron un periodo de actitidad sin
paraleio en la bioquirriica r la biología celular.: i ) La
disponibilidad creciente de1 microscopio electrónico;
2) la introducción de métodos que pemiten disgregar
las células bajo condiciones relativamente benicnas.
en las cuaies conservan su función; y 3) la clisponlbi li-
dad, cada vcz mayor. de la ultraccntrifuga reliigeracla
de alta velocidad, qr-re genera fúerzas centrífugas capa-
ces de separar los constituyentcs de células rotas. sin
sobrecalentarlos. El uso clel microscopio electrónico
pr.rso de manifiesto muchos componentes celulares pre_
vianlente desconocidos o poco observabies. cn tanto
que la disociación y mptura seguidas de la ultracentri_
fugación. permitieron el aislamiento y análisis ín y,itro
de dichos componcntes.
Cuadro 2-3. Composición química normal
de un varón con peso de 65 kg*
Porcentaje
Proteína
Grasa
Carbohidrato
Agua.
lVlinerales
*
Reproducido con autorizac¡ón de Davidson SD, passmore R, Brock
Cuadro
del
2-1. Composición elemental aproximada
cuerpo humano (base en peso seco)*
Elemento Porcentaje Elemento Porcentaje
Carbono
Oxígeno
Hidrógeno
Nitrógeno
Calcio
Fósforo
50
20
10
4
2.5
Potasio
Azufre
Sodio
Cloro
Magnesio
Hierro
Manganeso
Yodo
1
0.8
0.4
0.4
0.1
0.01
0 001
0.00005
. Reproducido con autorización de West ES, Todd WR: Textbook af
Biochemistry, 3rd ed. Macmjllan, 1 961
como ácidos nucleicos) son los desoxirribonucleó-
tidos y ribonucleótidos, respectivamente. Los blooii:.
estructurales de las proteínas son los aminoácidos I ,
polisacáridos se constrrlyen a partir de carbol,rid:..,. .
simplcs; en e1 glucógeno (el polisacárido pi :-. :.,
presente en los tejidos humanos), el carbohid:.:.. .. _
glucosa. Los ácidos grasos pueden consiilerlis. . r_--
los bloqr"res estructurales de muchos 1ípi.l..,.. : 1.;.
óstos no sonpolímeros de los ácidos gr-a:,,: r _)..
.i
RNA. proteínas y polisacáridos se denon:t:-_-,:- bi,_,p11¡¡-
meros. porque están integrados por.Lrni.i:;:: r-:.: ,1,:i
de sus bloques cstr-ucturales (troDolljü:r . -- .:-.,.-
las mencionadas conforman básicarl¡::.; ,r ":t -:,::r.:l
prima de la vida"; la mayor parte de este libr
ca a describir sus diversas características bio
y sus bioques estfucturaies. Eit :¡t:::-,.... . - ¡ rrr{dt}is-
mos int'criorcs prcsentan las nti:n:].:r-.:, :¡r-Li¿: co-mple-
jaS, aunque cn cicrtos casos lrrs t.,,.1.r;: e:tlucturales
pucden dif-erir cie 1os r.nostra,lc,: .:: !-i cuadro 2-2. por
ejemplo" las bactelias iiLr crrtrt.i.te:t clucóseno o trisli-
céridos, pero posecn Lrrr,r: l..lis.lü.r;.,.iu, j lípi.1orI-
Cuadro 2-2. Principales biomoléculas orgánicas
complejas de células y tejidos. Los ácidos ñucleicos,
las proteínas y los polisacáridos son biopolfmeros
constru¡dos a partir de los bloques estructurales que
se muestran. Por lo general, los lípidos no son
biopolímeros y no todos tienen ácldos grasos como
17.0
13.8
1.5
ot.o
o. I
JF: Human Nutr¡i¡on and D¡etet¡cs,Sth ed. Churchill Livingstone, i923.
t El valor del agua varía mucho entle los diversos teji-dos y puede
ser tan bajo coño 22.5oA en el hueso sin médula. Et porceÁta;e Oel
agua también tiende a disminuir conforme se incrementa la grasa
corporal.
bloques estructurales
Biomolécula Bloque estructural Func,ones principales
DNA Desoximbonucleótido Material
RNA Ribonucleótido Molde para la síntesjs
proteínica
Proteínas Aminoácidos Numerosas; por lo general
constituyen las molécu-
Ias de Ia célula que real¡-
zan trabajo (p. ej., enzimas,
elementos contráctiles)
Polisacárido
(glucógeno)
Glucosa Almacenamiento de energía
a corto plazo, como glu-
COSA
Lip¡dos Acidos grasos Numerosas; por ejemplo,
componentes de mern-
brana y almacenamiento
a largo plazo de energía,
como triglicéridos
7

19. --
Biomoléculcts y ntétoclo.s bíoquíntíct,. . . .
EI hepatocito de rata
las característ¡cas c(
de muchas células e
lra
res
iotas
Rettaulo
endoplásm¡co
I
Sibosorna
Citoesqueleto
l
l
,
l
En: afrgtra2 1 se muestra lm diagrama de la estruc-
tura de una célula hepática (hepatocito) de rata, que es
una de las más s5tudi¿das en bioquímica, en parte de-
bido a su disponibilidad en cantidades relativamente
grandes, a su adecr¡ación para estudios de fracciona-
miento y a la dil-ersidadde sus funciones. El hepatocito
contiene los organelos principales presentes en las
células eucariotas (cuadro 2J): núcleo, mitocondrias,
retículo endoplásmico, ribosomas libres, aparato de
Golgi. lisosomas, peroxisomas, membrana plasmática
v ciefios elementos del citosqueleto.
Para fraccionar células y a¡slar
moléculas intracelulares
y organelos subcelulares
se utilizan técnicas físicas
Con objeto de estudiar a profundidad la función de
cualquier organelo, primero se requiere aislarlo en una
forma relativamente pura, libre de contaminación sig-
nifi cativa por otros olganelo s. El proóeso aco stumbra-
do para lograr. esto se denomina fraccionamiento
subcelular y suele incluir tres procedimientos: extrac-
ción, homogenetzación y centrifugación. Mucho del
trabajo pionero en esta área se realizó con hígado de
rata.
A. Extracción
Como primera etapaparu aislar un organelo específico
(o molécula) es necesario exfraerlo de las células en que
se localiza. Casi todos los organelos y muchas biomo-
léculas son lábiles y pierden su actividad biológica;
por lo que deben extraerse bajo condiciones benignas
(es decir, con soluciones acuosas, al tiempo que se evitan
los pH y las presirnes osmóticas extremos y las tem-
peraturas altas). De hecho, la mayor pafte de los pro-
cedimientos para aislar organelos se realizan entre
0 y 4'C (p. ej., en un cuarto frío o con material conser-
vado en hielo). A temperatura ambiente pueden darse
pérdidas importantes de la actividad, en parle como
consecuencia de las diversas enzimas digestivas
lproteasas, nucleasas, etc.) liberadas por la fragmenta-
ción celular. Una solución de uso común para extraer
orsanelos es la sacarosa, 0.25 mol/L (isosmótica), ajus-
tada a pH de 7.4 mediante amortiguador de ácido
clorhidrico-TRiS (tris- lhidroximetill aminometano),
0.05 mol L. con iones de K* y Mg2- en concentra-
eltri-,': anas a las fisiológicas; esta solución se
¡bitrariamente STKM (sacarosa, TRIS,de:-.a::- -., .,
Miiocondria
Membrana I Peroxisoma
plasrnática
i
Citos0l
Lisosoma
Figura 2-1 . Representac¡ón esquemática de una célula he-
pática de rata con sus organelos principales.
magnesium). No todos los solventes utilizados para la
extracción son tan benignos como el STKM; por ejent-
plo, para ertraer lípidos y ácidos nucleicos se emplear:
solventes orgánicos.
B. Homogeneización
Para cxtraer un organelo (o biomolécula) de una c.!1 -.-
1a se requiere primero de romperla bajo condicrt,:-.:.
benignas. Los órganos (p. ej., hígado, riñón. encertrl,
su contenido celular pueden fráccionarse" con'.i..-
tementc. a través del proceso de homogeneizacion. .:.
el cual una mano de llortero operada de modo ntanu¡.
o con un motor se hace girar en e1 interior de un tl'¡s;:
de vidrio de dimensiones adecuadas. que colttiene :::__-
mentos del órgano bajo estudio y un medi.:::,
hornogeinizar adecuado, como e1 STKI L¡ i:,:- ,
controlada de la mano de mcrtero cjerce iii::.,, : -,
cánicas de fricción sobre las cólu1as r' ,¡. ,,-'
I
á
s
l.i.
,'ffi
Y'
l
i
I
ltrrt.r:1.. :'.:- J. . .-. :tgles 11.r.().!c. TRIS, l¡ctlitutt,

20. l0 , BioEitnico de Harper
(Capítulo 2)
C
más
'ndro .24' Principales organelos intracelulares y sus funciones. Sólo se listan las funciones
'mportantes vinculadas con cada organelo. Alguías veces, en el organelo tienen lugar muchas
otras vías, procesós o reacciones
Sepuededef¡niraunorganelocomolaentidadsubcelular¡im¡ta¿apo,.,n","
3*,ii,'3lil3?13?;j;'*:::lli*ly::1,:::|:,'^:l*r-gr,ci9e¡ole1eto t"r;";"i;;;;Jrganeros sin embarso, se consideran en estecuadro junto con los orsanelos porque también sueren
"i.l;;;"-'.-"";;ñi,"á¡oi
.
"*iirij"""',i.;"J#§:";""[;XI#t:rr::"::l::t:#:""ff::::J:s;J:ffi;:r::'3,3,f11'"n
to''" pura un orsanero mediante un cicloáe centrirusá;;o;¿ireilncia¡; para obrener una fraccián pura a menucio
t L":""J:X""T"* c¡toesqueléticas pueden identificarse mediante microscopia electróníca o electrofores¡s de las proteÍnas caracterist¡cas que
para liberar los constituyentes en 1a sacarosa. La sus_
pensión resultante, que contiene muchos or.san¡los
lntactos, se conoce como homogeneizado.
C. Centrifugación
E.l subfiaccionamiento del contenido de un homogc_
neizado mediante centrifugación diferencial es un¿l
técnica de gran importancia en la bioquímica. El méto_
do típico utiliza tres etapas de centrifugación en sene
a diferentes velocidades sucesivarncnfe tnayorcs (fi_
gura 2-2'); en cada etapa se obtienen un sedimento l,
un sobrenadante. Este irltimo es objeto c1e centrifuge_
ción en la etapa siguiente. Con este procedirniento se
obtienen tres sedimentos dcnominados fiacciones nu_
clear, mitocondrial y microsomal. Ninguna contiene
organelos absolutamente puros. Sin embargo, mediante
e1 rnicroscopio electrónico y las mediciones con enzi_
mas y componentes químicos'.marcadores.. adecuados
rp cj.. DNA y RNA), ha quedado bien esrablecido que
,tr. c6¡s¡i1r',r.ntes principales de cada una de estas tres
-:¡.-ciones son núcleos, mitocondrias y microsomas.
:.'>:-ati amente. Una enzima o ,, ao*porrente quí_
l-':-¡¡ nt¡rcador" es aquel que se encucntra confinado.
..i:r e]:.-1uSt emente, a un organelo particular; por
etentr,l¡,. 1. ti.st¡rasa ácida en los lisosómas y el DNA
en ei nú.-l¡¡, ,
"-u¡rJir¡ l--1 l. por tanto, el.u..ádo. p,,._
de servir para indicar la presencia o ausencia de cual_
quier fracción particular del organelo en el cual está
contenido. La fu¿cción microsomal (microsomas) con_
tiene sobre todo r¡na mezcla de retículo endoplásmico
liso, retículo endoplásmico rugoso (es deciq retículo en-
doplásmico con los ribosomas adheridos) y ribosomas
libres- El contenido del sobrenadante finai correspon_
de aproximadamente al de la savia celular (citosol).
t-as modificaciones de este criterio básico con el empleo
de medios de homogeneizacióndiferentes, o protoco_
los o máodos de cenhifugación distintos $t. ej-.,utilizar
gradientes continuos o discontinuos de sácaiosa) han
permitido aislar formas más o menos puras de todos
los organelos mostrados en la figura 2-l y listados en
el cuadro 2-4. El esquema descrito se aplica, en general,
a casi todos los órganos y las células; sin embargo, los
fraccionamientos celulares de este tipo deben válorar_
se con mediciones de marcadores enzimáticos y
químicos y con el microscopio electrónico, hasta que
el procedimiento general pueda considerarse noñna_
lizado.
, Esindispensable etfatizarlagranimportanciade
los estudios de *accionamiento subcelular en el de-
sarollo de la bioquímica y Ia biología celular. Ha sido
uno de los componentes más imporfantes del criterio
experimental (véase después) y
-en
gran medida a
Organeloofracción* | Uarcador Funciones principales
Sitiodeloscromosomas
%
Sitio de Ia síntesis del RNA dirir
Ciclo del ácido cí,r,.o, ,orror,,""P
Núcleo DNA
Mitocondria Deshidrogenasa glutámica
Ribosoma* Abundante contenido de RNA Sitio de ta síntesis de proteínas (traducción det ,nr.lA
"nl.G*J-Los ribosomas uniCo., t"
tesis de proteÍnas dei RE
Síntesis de var¡os lípidos
Oxidación de muchos xenobióticos (citocromo p450)
Sitio de muchas niOro
degradación)
Transporte de *olé"rlu.
"lAdherencia y comunicaclón intercelulares
Distribución intrr."lrlu, O" t", pffi
Reacciones de glucosrlación
Reacciones de sulfatación
Retículo endoplásmico
(RE)
Glucosa-6-fosfatasa
Lisosoma Fosfatasa ácida
Membrana plasmática NaLK. ATPasa
5'-Nucleotidasa
Aparato de colgi Galactosilo transferasa
Peroxisoma Catalasa
Ácido úrico oxidasa
Degradación de cierios ácidos grasos y aminoácidos
Producción y degradación de péróxido de hidrógeno
Mi"rofitrr"nto.. rni"rotú br¡o.,lErnilGIGñIiiol
Enzimas purc r, grr"ótir§iinGiJGTitolESo-
Citoesqueleto* No tiene enzima marcadora específlcar
Citosol" Deshidrogenasa láctica
7

21. -llllllltl-
Biomoléculcts y métodos bioquíntico: ¡
600 9
x l0 nrin
§obrenadante (1)
15,ü00 I
xSmin
-"'-'-.-'-.--'''----
Sobrenadante (2)
105,000 g
x 60 min
-'-'..---.''.-_'
Fracción
mitocondrial
§obrenadanie (3)
F.acc¡ón
microsomal
F gura 2-2 !s:-ema de ia separaciÓn de las fracciones subcelulares med¡ante centrifugación diferencial. El tejido-:-:13'e za.: Q ei higado) se somete a una primera centrifugación a baja velocidad de lá cual se obtiene la fracóión
^-:.¿t co^:3fe-ucieosycélulasíntegras) yunsobrenadante('1),quesedecantaysesometeacentrifugaciónavelocidad
^:e"nec a era co:ener la fracción mitocondrial (contiene mitocondrias, lisosomas y peroxisomas) y uniobrenadante (2).
:sie se decanie ,' se somete a centrifugación a alta velocidad para obtener la fraccién microsomal (iontiene una mezcla de
r Dosomas libres y reiÍculo endoplásmico liso y rugoso) y la solución final transparente del sobrenadánte (3). Este conespon-
de, aproxrmadarnente. al crtosol o savia celular. Mediante diversas modificaciones a este procedimiento básico, por lo general
resulta posible alslar cada organelo celular en forma relativamente pura.
Horxogeneizado
consecuencia de su apiicación- sehan elucidado las
funciones de los organelos indicados en eI ctadro 24.
La información sobre dichas funciones, resumida en
este cuadro, representa uno de los logros principales
de Ia investigación bioquímica (véase después).
EL CRITERIO EXPERIMENTAL TIENE
TRES COMPONENTES PRINCIPALES
Los componentes principales del criterio experimen-
tal utilizado en bioquímica son: l) aislamiento de
biomoléculas y organelos (véase Centrifugación, an-
tes) presentes en las células; 2) determinación de la
estructura de las biomoléculas; y 3) análisis, mediante
diversas preparaciones, de función y metabolismo (sín-
tesis y degradación) de las biomoléculas.
1) Aislamiento de biomoléculas
Como en los organelos, elucidar la función de cualquier
biomolécula requiere que primero se aísle ésta errfor-
ma pura. El cuadro 2-5 lista los métodos principales
utilizados para separar y purificar biomoléculas. En
esta parte de1 libro no se dan detalles sobre estos mé-
todos: algunos se describen brevemente en otras
secciones. Casi siempre se necesita una combinación
y el uso sucesivo de varios de dichos métodos para
purificar una biomolécula hasta la homogeneidad (li-
bre de contaminación por cualquier otra biomolécula).
Es importante apreciar que los avances en bio-
química dependen del desarrollo de nuevos métodos
de análisis, purificación y determinación estructural.
Por ejemplo, el campo de la bioquímica de los lípidos
aceleró su avance debido a la introdr-rcción de las cro-
matografías de gasJíquido y en capa fina. El análisis
de las proteínas de la membrana y de muchas otras,
resultaba demasiado dificil hasta antes del desarrollo
Cuadro 2-5. Principales métodos utilizados
para separar y purificar biomoléculas*
Fraccionamiento salino (p. ej., precipitación con sulfato de amonio)
Cromatografía
En papel
De intercambio iónico (intercamb¡o aniónico y catiónico)
De afinidad
En capa fina
Gaslíquido
Líqu¡da de alta presión
Filtrac¡ón en gel
Electroforesis
En papel
De alto voltale
En agarosa
En acetato de celulosa
En gel de almidón
En po¡iacrilam¡da
En poliacnlam¡da y dodecilsulfato sódico
Ultracentrifugación
*
Casi todos estos métodos son adecuados para analizar los comgc-
nentes presentes en extractos celulares y otros maier,a:.
bioquímicos. El uso secuencial de varias técnicas suele perr: -
=
purificación de la mayor parte de las biomoléculas. para :s ::= =:
acerca de cada una deéstas, se refiereal lecior a lcs :-:= :::-:
métodos de investigacrón bioquímica.

22. 12 . Bioquímica de Harpet
(Capítulo 2)
de la electroforesis en gel de poliacrilamida_dodecil_
sulfato srídico (EGPA_SDSI la introducciá, ¿"t ¿"-
tergente.SDS permitió la..solubilización,,, y lu srbs"_
cuente electroforesis de muchas proteínas q* ..u, .ari
insolubles. El desarrollo de méiodos fr.á!1""u.n_ciamiento y clonación_del DNA t u t"nlJo,rn irrpu.to
revolucionario sobre el estudio de los ácidos nlcleicos
y la biología en general.
2) Determinación de la estructura
de las biomolécutas
Una vez que se purifica una biomolécula, es necesario
oerefinlnar su estructura. Esto permite efecfuar corre-
laciones detalladas entre la
"rt*lt"* V n r"iá". gn
"fcuadro 2-6 se listan los métodos prlí.ipái.J'r.uOo,
paraanalizar la estructura de las biómoléi"iár. br 1"._
tor con algún conociml'ento de quimica o.elrr;"u to,
encontrará familiares. La especif,rci¿a¿, coñoci¿u, A"
ciefias enzimas, las convieri" ." t
"ou-i""á-,
poa"_
rosas para elucidar las características estructurales de
ciertas biomoléculas. La mejoría
""
fu i"rojr"ilr, fo_
grada por los avances teórióos y t"";;i¿;i;;r, nu".
cadav.ez más de la espectrometiía de
^í*. u ¿" fu
esfie-ctro_scopia de resonancia ma gnética níclear(RMN) los métodos de elección pu?u 1u a.t".-_ución, estructural. por ejemplo, .ri iu-u.tüfi¿u¿,
".posible elucidar la estruiturá ¿á -".¡ur piot"iru. u.lcomo de las cadenas de carbohidratos.^ti.muáu_.r_
te complejas presenres en cjerras biomolécuñ eomo
ras grucoproternas. mediante la espectroscopia de
RMN de alta resotución. ra hrormaáá" -árái,"rr"_da sobre ta estructura de las biomál¿;;ü;;; áá,i"o"por la difracción y la cristalografíu á. .u_, X. E'f
empleo de taies técnicas resultó crucial para revelar 1a
estrucfura detallada de varias proteinas y enzimás, así
como la nabxaleza de doble hélice del bXÁ.
-
3) Análisis, mediante diversas
preparaciones, de función
y metabolismo de las biomoléculas
Al inicio, la investigación bioquímica en seres hu_
manos y animales se realizó erel animal completo.
Ejemplos de ellos son los estudios ,obr" iu."rpirl"ion
Cuadro 2-6. principales métodos utilizados para
determinar tas estructuras de tas bi;r"t¿;,il;;
y el destino de los compuestos ingeridos. pronto se
evidenció que el animal completo
""s
d.muriudo.o__
plejo para obtener respuestas áefinitivas a muchas pre_
_quntas. En concordancia con esto, se desarrollaron
preparaciones in vitro más sencillas, Ias cuales obt ia_
ban muchas de las complicaciones énA"ntu¿a, .or,
"ta¡imal completo. El cuidro 2_7 resume 1o, ¿ir..ro,
tipos,de preparaciones disponibles en 1a actualidad para
estudiar los procesos bioquímicos; casi todo; los co_
nocimientos presenlados en este Iibro se obtuvieron a
partir del uso de dichas preparaciones. Los temas en
la lista apar-ecen en orden decreciente a. .o*fl.¡iauA.
Así corno emplear el animal completo tiene sus des-
ventajas. 1os demás métodos tambien presentan
limitaciones. De la utilización de criterios ir'ritn,, pte_
den derivar resultados erróneos (artiiiciás.¡; por
ejemplo, ia homogeneización Ae las c¿tutas ii¡eru
enzlmas que pueden digerir parcialmente las molécu-
las celulares.
rARA ESTUDTAR LOS PROCESO§
Bioeuírdtcos sE Apt_lcAN n¿úéÉos
ENFOQUES
Gran parte de este libro trata sobre procesos bioquí_
micos.complejos (p. ej., síntesis d. protelnr-r'. .on_
tracción muscular), entre los que se :nclLi-, -n f u. ,iu,
mctabólicas. que se define uomo unr ..n.i d_ rcaccio_
nes catalizadas por enzimas. que sinterizan un com-
puesto más complejo a parlir de uno o ¡.iás compuestos
más senciilos o bren. se encar_qan de 1a degradaiión de
lm compllesto hasta su producto f-inal. Es posible infe_
rrr a panir de las obsen.aciones realiza¿ur'.,
"i
u*rrut
completrr. ia eristencia de un proceso bioquímico com_
¡leto ,. de ciertas r.ías rnetabólicas. por .j._plo, tu
,:b:er a¡ión directa de otros hombres, io¿i* q'r. to.
llu..-ulos se contraen. Se sabe que la glucosa sirvé como
ruerre de energía para los se.ei huñunos y otros an1_
¡'.ales: por tanto, se puede infedr sLr aeg.aáaciOn
meraboiismo) en el cuerpo para obtener en-e.gia. Sin
embargo. para conocer por completo cómo es'que las
i. iLrlr. h rrmanas metabol izan a la glucosa _y.i .'o,lo.i_
mrenro al respecto dista mucho de iompletaÁe_'se re_
qr.uere aná1isis a diversos niveles. La figura 2_i muestra
.anLrs ripos de observaciones y análisiír.qr.ri,lo, pu.u
coniprender. cala]mente. los procesos bioquín_ricos como
ra oe-sradaclon rmcral de lagh-rcosa para obtener energía
(proceso conocido como glucólisisj. Et esquerna mos_
trado se aplica, en general. a todos 1o. p.o..ros úioqui_
inicos principales descritos en el libro ip. .¡,,jUOririr,
oxidación del ácido graso); por tanto,'rei."-..rrru urru
estrategia general para elucidar tales proéesor_r; t i.,no slempre resulta relevarrle cada uno de los puntos
listados.
Análisis elemental
Espectroscopias ultravioleta. visible, infrarroia v de RMN
trmp¡eo de hidról¡sis ácida o alcal¡na pa"a áegraOai á biomolécula
, ,,
bajo estudio hasta sus constituyentes Oas¡co's
uil¡rzacton de una batería de enz¡mas.de.especiflcidad conocida paradegradar Ia biomolécula baio estudio (p. ej., proteasas, nucleasas,glucosidasas )
Espectrometría de masas
Métodos específicos de secuenciamiento (p. ej., para proteínas y áci-dos nucleicos)
Crrstalografia de rayos X
I

23. _-
BiomolécuIcts r' ¡i l.i¡,,,;
Cuadro 2-7. Jerarquización de las preparaciones ut¡lizadas para estudiar procesos bioquímicos
Método Comentarios
Estudios en el animal completo Estos estudios pueden incluir
1 ) extirpación de un órgano (p. ej., hepatectomía)
2) modif¡caciones de la dieta (p. ej., ayuno-alimentación)
3) administración de un fármaco (p. ej., fenobarbital)
4) administración de una tox¡na (p. ej., tetracloruro de carbono)
5) utilización de un animal con una enfermedad específica (p. e1., diabetes mellitus)
6) uso de técnicas complejas, como espectroscopia de RN/N y tomogralía por emisión de positrone=
A menudo, los estud¡os a este nivel son fisiológicos, pero pueden ser difíciles de ¡nterpretar deb,c: : .
interpartic¡pación de los órganos mediada por la circulación y el sistema nervioso
Organo aislaco'"' c€í,^i aO En particular resultan adecuados higado, corazón y riñón.
Este método permite estudiar un órgano l¡bre de la influencia de otros órganos o del sistema nervrosc
El empleo de la perfusión suele asegurar Ia conservación de la función del órgano al menos durante va.:s
horas
Se han utilizado especialmente los cortes de hígado
Aparta el corte del órgano de otras influencias, pero las preparaciones tienden a deter¡orarse en el trañscu.-
so de pocas horas, en parte como consecuencia del suministro inadecuado de nutrienles
1 ) Aplicable sobre todo en células sanguíneas, las cuales pueden purif¡carse con relativa facilidad
2) En muchas áreas de la biologia es indispensable Lrsar células en cultivo de tejido
1 ) Asegura una preparación libre de células
2) Pueden añadirse o ret¡rarse componentes específ¡cos (p. eJ., mediante diálisis) y estudiar los efectos
correspondientes
3) Puede subfraccionarse por centrifugación para obtener organelos celulares individuales
{sramienro c€ c-g:-e:s =l.lares
Se utiliza ampliamente para estudiar las funciones de mitocondrias, retículo endoplásmico, ribosomas, etc
Subfraccioear a-:: Se emplea mucho; por ejemplo, para estudiar la función mitocondr¡al
Ars a" ¿'': ::-ji:-j---:- o¡ oe
meie:a 1:: , =-- -:S
Una parte vital del análisis de cualquier reacción o vía química
:e e.]ztmas y
i.='-.iros puntos importantes del cuaclro 2 1 y de
-' --:,-:¡ I I ameritancomentarios: 1) Paracompren-
J;: :. ::Lr.'iso inolecuiar y! a pesar de la posibilidad de
::.--...,-,>. -s absolutamente necesario aislar e identifi-
Ji:, :t, -r-Il]t;l L¡'.Lfi]. Cada Componente de un proceso
l-a,cLirr-Ilt.rr. Iás adeLante se presentan muchos ejem-
plos. 1t Tambien es importante poder reconstrs¡ in
lirlo e1 proceso bajo estudio, mediante el reensamble
sistemático de sus componentes individuales. Si el
proceso no funciona una vez reensamblado, una expli-
cación corresponde a que no se ha identificado algún
componente crucial y éste no se ha incorporado en el
reensamblado. 3) Los avances tecnológicos recientes
(p. ej., espectroscopia por RMN y tomografía por
emisión de positrones [TEP]) penniten detectar cier-
ta: biomoléculas en el órgano completo y vigilar los
.-:r:rbios temporales en la cantidad de tales biomo-
-¡;-.,¡s. Estos avances indican que cada vez es más
:.:.r.e :.irlizar análisis complejos de muchos proce-
s.,s 1 -.,. *r]nic os 1r7 yiyo. 4) Una vez que los resultados
c¡b t:n, i.. s r.n e Jiante diferentes criterios son constao-
tes. se tus¡iIl..r .oncluir que se ha lograclo un progreso
real en 1a cot.n¡reri.ión de1 proceso bioquímico bajo
estudio. Si se obtienen inconsistencias impofiantes al
El aislamiento de un gen clonado es fundamental para estudiar los detalles de su estructura y regulación;
también puede revelar la secuenc¡a de aminoácidos de Ia enzima o la proteína a las cuales codifica
aplicar varios criterios, deben investigarse sus causas
hasta obtener las explicaciones racionales. 5) Las prepa-
raciones y los análisis descritos pueden utilizarse
para estudiar los cambios bioquímicos en animales con
estados metabólicos modificados (p. ej., ayuno, alimen-
tación), o con enferrnedades específicas (p. ej., dia-
betes mellitus, cáncer). 6) Casi todos los métodos y
criterios señalados pueden aplicarse al estudio de cé-
lulas y tejidos humanos normales y enfermos. Sin
embargo, debe tenerse cuidado de obtener el material
necesario en estado fresco y debe ponerse particular
atención a las consideraciones éticas relativas a la ex-
perimentación en seres humanos.
Los isótopos rad¡activos y pesados
han contribuido a la explicac¡ón
de los procesos bioquímicos
La introducción de1 uso de isótopos en la bioquímica
en el decenio de 1930 tuvo un impacto drástico, por
1o que requiere mención especial. Antes de su empleo
resultaba dificil "marcar" las biomoléculas y dar se-
guimiento a sus destinos metabólicos. Los estudios
pioneros, en parlicular por Schoenheimer 1'colatr-

24. t4 Bi,ttttt t¡ ¡.
'; ,i: H;ii'¡tct (Capítulo 2)
lnferir la existencia de un proceso bioquímico o de una vía
meiaból¡ca a partir de las observaciones realizadas a n¡vel
del animal completo
Analizar los mecanismos de control in vivo
Figura 2-3. Esquema de la estrategia general utilizada para
el análisis de un proceso bioquÍmico o vía metabólica. Los
criterios utilizados no necesariamente deben realizarse en
la secuencia precisa en que se listan. Sin embargo, por lo
general con su utilización se elucidan los detalles de un pro_
ceso o vía bioquímicos. Por tanto, el esquema aplica a un
nivel general para todas las vías metabólicas principales
comentadas en los capíiulos subsecuentes del texto.
radores, utilizaron ciertos isótopos estables (p. ej., D,.
Nls) y §u detección mediante espectrometría de masas
para resolver muchos problemas bioquilicos. por
ejemplo, es posible la síntesis de ciertos aminoácidos.
azúcares y ácidos grasos qlle contengan una cantidad
adecuada de isótopo estable y, en seguida, adminis-
trarlos a un animal o agregarlos a una preparación in
vitro para dar seguimiento a sus destinos metabólicos
(p. ej., vidas medias, conversión a otras biomoléculas).
Los compuestos marcados con isótopos estables ade-
c¡1dos, se utilizaron para investigar muchos aspectos
del metabolismo de proteínas, carbohidratos y tiplaos.
A partir de tales estudios, se demostró que el métabo-
lismo es un proceso muy activo y que casi todos los
compuestos en la célula están sujetos a síntesis y de_
gradación continuas, si bien a velocidades muy
diferentes. Estos hallazgos fueron resumidos por
Schoenheimer como "lanafuraleza dinámica del me-
tabolismo".
La introducción subsecuente de isótopos radiac-
tivos y de los inskumentos para su medición también
resultó muy importante. En el cuadro 2-8 se listan los
principales isótopos estables y radiactivos utilizados en
sistemas biológicos. Su empleo es fundamentalpara
el desarrollo de cadaítteadela bioquímica. En su apli-
cación se apoyan mucho las investigaciones in vivo e in
r,frro de biomoléculas complejas y sencillas. También
dependen de dicho uso, los enormes avances alcanza-
dos recientemente en el secuenciamiento de los ácidos
nucleicos y la medición, por radioinmunoanálisis,
de cantidades muy pequeñas de compuestos presentes
en los sistemas biológicos.
EN BIOQU|TU¡CN SE HAN LOGRADO
AVANCES I M PORTANTES, MUCHOS
RELEVANTES PARA LA MED¡CINA
En los párrafos siguientes y,en el cuadro 2-9 se resu-
men los avances más importantes realizados en el
campo de la bioquímica, en particular de la bioquímica
humana. Buena parte de este libro amplía los temas
gue aquí se listan.
1) Se determinó la composición química general
de las células, los tejidos y el cuerpo; se aisla-
ron los compuestos principales presentes y se
establecieron sus estructuras.
2) Se conocen las funciones de muchas biomolecu-
las sencillas, al menos a nivel general; esto se
describq en el libro. También si establecieron
Localizarlo en uno o más órganos
Localizarlo en uno o más organelos celulares
o fracciones subcelulares
Delinear la cantidad de reacó¡ones en las cuales participa
Pur¡ficar los sustratos, productos, enzimas y cofactores,
u otros componentes indlviduales de tal proceso o vía
Analizar los mecan¡smos de conlrol in vitro
Establecer los mecanismos de la reacción en la cual participa
I
lsótopos estables lsótopos radiactivos
D2
N15
o18
H3
P32
s35
Ca35
1,125
1131

25. Biomoléculas I nler.) ii
Determinación de las estructuras de muchas
bromoléculas (p. ej.. proteínas. DNA. RNA)
Elucidación. al nrencs
"a,.ai.Ce
lasfuncio-
nes Ce ñ!chas ¡:ñ5ie:ulas
A slariienic r ss:a: e: ''t"tiento de la función
ce ios p.lrc ca es :iganelos celulares
Anál,s,s c: : ¿s:-,::tra y función de enzimas
:-:: ¡e ias vías metabólicas y sus
l.:=-- -¿3¡ón de los principios más impor-
:¿-::s :s ia regulación metabólica
l:::-'¡rnación de los principios más impor-
=::es de la bioenergética
ir:oximaciones detalladas de la estructura
,r lunción de la membrana
Elucidación de los mecanismos generales
de la acción hormonal
11. Aproximaciones detalladas de las bases
moleculares de muchas enfermedades
I a 1'1, 39
63 a 65, varios
Cuadro 2-9. Resumen
más importantes en
de los avances
bioquímica*
" Muchos avances son logros o contribuc¡ones de los científicos que
trabajan no sólo en b¡oquímica, sino en otros campos de la b¡ologÍa
(genét¡ca, biología molecular, fisiologÍa, química, medicina, etc.), pero
todos pueden incluirse en el campo de la bioquímica en la medida
que se refieran a las moléculas presentes en las células vivas.
ias funciones de las principales biomoléculas
complejas. De gran interés resulta el conoci-
miento de que eI DNA constituye el material ge-
nético y que transmite su información a un tipo
de RNA (RNA mensajero, mRNA), el cual, a su
vez, dicta la secuencia lineal de los aminoáci-
dos en las proteínas. El flujo de la información a
partir del DNA puede representarse de modo
conveniente como DNA + RNA -+ proteína. Sin
embargo, se conocen excepciones importantes
en algunas de las aseveraciones atlteriores. El
RNA es el material genético de algunos virus.
Adcmás, en ciertas circunstancias, la informa-
ción del RNA puede transcribirse ai DNA; este
proceso se conoce como transcripción inversa
y la uttliza, por ejemplo, el virus considerado
como causa del SIDA (virus-l de la inmuno-
deficiencia humana, HIV- 1 ).
3) El logro de la tecnología del DNA recombinante
constituye un pafteaguas, porque revolucionó
e1 esrudio de la estructura y función génicas y
Ilene un fuerte impacto sobre todos los campos
de 1a biolosía. inclusive la medicina.
,l) Se arslaron 1os prLncipales organelos de células
arlimales v se establecieron sus funciones más
importantes.
5) Se demostró que casi todas las i3.:. - i:, - -,:
ocllrren en las células se catalizan l - I ;r _ - -:
muchas de éstas se puriflcaroll 3Sr.-l :r
se pllso de manifiesto las caracteristrai: -: :
rales de sus meclnismos de acciórr. .l-r:'* , . -.
todas la: enzitnas son protcinas. en l¡ .i-.-..
dad está llrmemente establecido que .13.:i
moléculas del RNA (ribozimas) tambrén t.;:'.-..
actividad biocatalítica.
6) Se delinearon las vías metabólicas involucra...
en la síntesis y degradación de las principar:.
biomoléculas sencillas y complejas. En -eene-
ral, se encontró que la vía de la síntesis de un
compuesto difiere dc la correspondicnte a su
degradación.
7) Se esclarecieron diversos aspectos de Ia regu-
lación del metabolisrno.
8) Se reconocieron las características generales
de la manera en que las células consefl/an y uti-
lizan la energía.
9) Se conocen muchos aspectos de la estructura r-
flinción de diversas membranas presentes en las
células: sus colrlponentes principales son pro-
teínas y lípidos.
10) Se dispone de abundante inlormación general
sobre cómo actuan las principales hormonas.
1l) Se descubricron las bases bioquímicas de mi.t-
chas enfermedades.
Si bien es importante saber que existe abundante in-
formación bioquímica, también lo es apreciar lo poco
que se conoce en muchas áreas. Quizá los dos proble-
mas principales a resolver, se refieran al establecimiento
de las bases bioquímicas del desarrollo y la diferen-
ciación del encéfalo. así como a la función de éste.
Aunque está bien establecida la naturaleza quimica de1
material genético, casi nada se sabe de los mecanis-
mos que activan o desactivan los genes eucariotas
durante ei desarrollo. La comprensión de la regula-
ción génica también constituye un área crucial para
entender cómo se dif-erencian las células y cómo se
transforman en cancerosas. El conocil¡iento de la di-
visión y el crecimiento celular
-noffnal
y maligno-
así como de su regulación es todavía muy limitado.
Virlualrnente nada se sabe de las bases bioquímice.
de los fenómenos neurales complejos, como el estado de
conciencia y la memoria. Asimismo se dispone de mur
poca información sobre los mecanismos de 1a sccle-
ción celular. Apesar de algún progreso se desconocelr
las bases moleculares de casi todas las cnlelrredadi:
genéticas, pero la disponibilidad de 1a tecnoloqi., -:-
DNA recombinante sugiere que habrá 3.e1tCr': t. .
bles en esta área durante los años sirruieni:. , .,

26. l6 ' 8,,.;, ,i - .; -;. ii,ii'¡t¡i'
(Capítub 2)
año l[)U] o anres se dispondrá de la secuencia clel
senoüta humano; la información generada por esta
ma_qra tarea tendrá un impacto enofine sobre ia biolo_
-eia humana, y la medicina.
RESUMHN
Los constituyentes principales de casi todas las biomo_
teculas. son carbono. oxígeno. hidrógeno y nitrógeno.
19:más
rcs.utran de gran imporrñrcia liorág;.u y
ll.d,¡3,
calcio. fósfo¡o. potasio, sodio, cloro, ñogrr._
slo..hrerro. manganeso, yodo y ciertos elementos
adicionales. L-as principaiés moiéculas p..r"nt.. .,celulas y tejidos son: agua, DNA, RNÁ, proteínas,
polisacáridos y lípidos.
La célula es la unidad básica de la biología. Con_
tiene diversos organelos que desarrollanti,r".ru,
tuncrones cspecializadas. y pueden aislarse medianre
fraccionamiento subceluláq para estudiaruu, irn.lo_
nes con detalle.
El progreso en bioquímica ha dependido del aisla_
miento de las biomoléculas celulares y la determinación
de sus estructuras así corno del anállsrs de su lunción
y metabolismo. Para investigar la estructura, función y
metabohsmo de las biomoléculas se han utilizado mu_
chos enf-ogues que van desde el animal completo hasta
el.gen aisla.do. Fn particular, el empleo de isótopos es_
tables v radiactivos ha tenido gran irnportancia para e1
r ancc del coiiocimiento bioquimico.
La lepresentación
Transcripción Traducción
DNA ------------) RNA_--____________j> proteina
resume el ntóvil de gran parte del esfuerzo contempo_
ráneo de 1a bioquímica. Sin embargo, se han lográdo
nrLr!rtü. urros avances en cl conocimiento bioquiinico.
colltL) lA determinación de la composición corporal y
el entendimiento parcialde las estructuras y funciones
de enzirras. homronas y membranas. Se han descu_
bient¡ ias bases bioquíriricas y genéticas á" *r"lru,
enternredades, y la aplicaciónreiiente de la tecnolo_
gia de1 DA recombinante, ha acelerado enomemente
el prtruleso en esta área. A pesar de todo, queda rnu_
ch¡r pr¡r¡ conocer; Ios retos principales para'el futuro,
inclur en el mapeo del genoma hu,.,rano y la obtención
de 1a erphcación r¡olecular de los mécanismos rn_
r oluc¡ados en el desarrollo, 1a diferenciación v la
fLrnt' r,'n ence lál icas. I
REFERENCIAS
Freifelde¡ D: Physical Biochemistry: Applicafions to
_ Biochemisfry and Molecular Biológy. Éieernan, i9g2.
Fruton JS:, Molecules and Life; Hisnlícd Essays'on the
tlye_ry ky of Chemi s tty and B i o I o g1t. W tley -Iatárscience,
1972.
Green ED, CgI Dl, Myers RM: The human genome
project and its impact on the study of human áisease.
En: Scriver CR et ai (editores): The Metabolic and
Mo lecular B as es ofInherited Diseas e, 7 th ed,.McGraw-
Hil1, 1995.
Ninja AJ. B allo u DP : F uncla nt ent a I La bo ra f orv A pp ro ctc h e s
. ftt r B í o c I t e n t r
-, r,... u n tl B i o Í e c l.t n o I o g y-. F itz gerál á S c i en c c
Press.1993.
Radda GK: Contrt¡1. bioencrgetics. and adaptation in health
and discase: Lrn-rn-¿isi e biochemistiv fror.n nuclear
magnetic resonen.!-. F-{SEB J 1992;6:3032.
Watson JD et al.: Re¿,:tntbinont DNA,2nc1ed. Scientific
American Books. 1992.
Yilson K, Walker J : p r i n c ip les an tl k ch níques of pt. u c ti t. a !
Biochemistt..t. -lth cd. Cambridge Univ press. 199_i

27. -
Agua y pH
Victor W. Rodwell PhD
' - - :: ; :,rtt.lio se centra, sobre todo, en las pro-
- : - :- :; .,_r-l:,i. inch-Lyendo los conceptos dc pFI y
- - -- . j-..-e ios conceptos de enlaces y fuerzas
. . -.::. ¡n1ace_q electrostáticos. interacciones
: .:.r.: .lrlalentes y de hidrógeno. cumplen
'. r - - , .:: :lttrléculas polares presentes en las cé-
: : _ . ; ,. :.Crt v reaccionan prinCipalmente en un
, ' : : --... )-r. El agua, nrolécula notablc, funda-
'' :'' : ' --_ -,
-,
tda. solubiliza y ntodifica las propie_
,:-,-,: _) : ::olécnlas0or11oácidosnucleicos,pro_
: ,. - - :, :'--¡iraios. al lormar enlaces dc hidrógeno
- : ----:r,-,s polares fi-rncionales de dichas biomo-
- - - :: ::.:! rnteracciones modifican 1as propiedadcs
-- -. . - :.-..,ccu1as y su configuración en solución.
-: --. : .lrncomitantes impartefl a estas biomo-
:l ,..lrrdes csenciales para el proceso de la
- - -: --.,-'.ecuias
-inclusive
las que son relati-
: : - : ::¡s. como ciertos lípicios- también
r : -
-, -. ::,.:rcdades del agua. La comprensión
J= . - . : .-: i::-. . ltt¡rneostásicos mediante los cua-
.:-¡ .: . - :,-ir-.:. ' - : -,-rltSef¡OIl Un ambientC intraCelUlar
:.-l.t-,.;:':::-:: . -:-_:,::tte debe incluir la considcración
c--l p11 -. ü--. .i-:--:,t:,r¡ltriento en los líquiclos corpo-
:¿le¡ r ¡¡,::-.i.-rr-i-:..3litrS subcehilares. por itltimo. la
i.s!r.i:ia.a:'. J¡ -,. ::-Li¡rrs liutcionales clc las biorno-
,.ic.¡i¡: -l )a -,., ,-:' .:a-irrsa a cliversos valores de pH,
r-: .r',.i-,ri !.rt¡ .i.,iit.--rinder sus reacciones y propie-
-,:-l:: it' -.,: ;..1;,ii.S ,,:r, f,S -el labOratOfiO.
¡ ¡- ' *
:,'-'.tri.'.i: -..
i;-
F-1 a_su,, ..,:-.):-.-.i. : :1 lrincipal producto final clel mc-
tabolist-n.r aj,ü¡.ri¡, ¡le ios alimentos. En cuanto un
nucleófi1o excelcnte, e1 agua sine conto reactante --.como producto de-- en muchas reacciones metabii-
licas. El sitio activo de las enzimas está construiclo de
tal manera que incluye o excluye ei agua segiur ésta
sea, o no, ult reactante.
La homeostasia. el mantcnimicnto dc la composi-
ción del anbiente intemo quc es escncial para 1a salud.
incluye considcrar la distribución dcl aguá en e1 cuerpcr
así como el rnantenimiento de ur.r pH y concentracio-
nes de electrólitos adecuados. Dos tercios del agua
corporal total (55 a 65% del peso corporal en v¿rrones
y casi l07o menos en mi-rjeres) corresponden al líqui-
do intracelular. Del restante líquido extracelular, el
plasrna constituye aproximadarnente 259lo.
La regulación del equilibrio hídrico depende de
mecanismos hipotalámicos para controlar Ia sed, hor-
moua antidiuré¡ica, retención o excreción dc agua por
los riñones y pérdidas por evaporación debidas a la
respiración y transpiración. Los estados de depleción
hídrica y cxceso de agua corporal, que son ficcuentes.
a menudo se acompañan de depleción o exceso dc so-
dio. La depleción hídrica puede deberse a una menor
ingestión (p. ej., coma) o a1 incremento de la pérdida
(p. cj., sudoración intensa, pérdida renal en 1a diabetes
mellitus, dianea dcl lactante o por el cólera). Las cau-
sas de exceso de agua corporal incluyen aumento de
la ingestión (p. ej.. administracitln excesiva de lÍciui-
dos por t,ía intravenosa) y disminuoión dc la excrecirrn
(p. ej.. insuficiencia renal intensa). Tanto mecanisuros
osmóticos conto no osmóticos resguardan el agua r la
homeostasia osmótica del liquido extracelular. Do.
rcspuestas diferentes, 1¿r conservacicin del agua mecliair-
te 1a antidiuresis y la obtención a través de la itrgestión.
sirven para conservar la homeostasia. Un incremenl:,
tan pequcño cor¡o de 2o/o enla osmolaridad del hu. -
do extracelular puede desencadenar la sed r la lj.be:.,-
ciírn de horrnona antidiurética hipofi str.ra t iOti , t - -.
la disminución de l0% en el volumen del 1r..,. .,
extracelular circulantc, ult nicr'ánirrltt' n'tcn.'- :- .
17

28. dL'sencadena la liberación no osmótica de ADH v la
sed..El trastorno genético de la diabetes insípida
nefiógena, caracterizada por sed extrema. abundante
rngestión de agua e incapacidad para concentrar la
orina o responder a cambios sutiles en la osmolariclad
dei líquido extracelular, deriva de la incapacidad de
los osmoreceptores fubulares de ADH en ei riñón para
respondcr a esta hormona.
La conservación del pH del líquido extracelular.
entre 7.35 y 7.15, en lo cual el sistema amortiguador
del bicarbonato tiene participación crucial, es funda_
mental para la salud. Los trastornos del equilibrio
ácido-base se diagnostican en el laboratorio ólínico al
medir el pH de la sangre arterial y el conteniclo de
CO, de la sangre venosa. Las causas de acidosis (pH
sanguíneo < 7.35) incluyen: cetoacidosis diabétici y
acidosis Iáctica; y las causas de alcalosis (pH sangui
neo > 7.45) incluyen: vómito del contenido ácido del
estómago o terapéutica con cieftos diuréticos. El diag_
nóstico preciso y el tratamiento inmediato del dese_
quilibno hídrico y los trastornos ácido-base descan_
san, en parte, sobre los conceptos considerados en este
capítulo.
1B B i,, r; ¡, ;,,; ¡.,, tit' HutTtet'
EL AGUA ES UN SOLVENTE
BIOLÓGICO IDEAL
El agua es una molécula tetraé
ligeramente asimétrica
La estructura tridimensional de la molécula de agua
es un tetraedro irregular con el oxígeno en el centro
(figura 3 1). Los dos enlaces con el hidrógeno se diri_
gen hacia las dos esquinas del tetraedro, en tanto que
los electrones no compaftidos sobre las dos órbitas
.1pr híbridas, ocupan las dos esquinas restantes. E1 án_
gr,rlo entre los dos átomos de hidrógeno (105") es un
¡oco menor que el de un tetraedro (109.5.), lo que da
-:1gen a un tetraedro ligeramente asimétrico. La mo_
.,..-¡ de amoniaco también forma un tetraedro en el
. . . . -.s ángr-rlos de los enlaces entre los hidrógenos
- _- . :_¡ua lfigura 3_2).
, -.,.-::.:ce asimétrica, la carga
- ,, tt ,Jr. uilifoilne en la
, _ - tt .r. trpuesto a los
. : I':.r:IetnelCC_
. ., ¡o del
Figura 3-1, La molécula de agua tiene geometría tetraédrica
de carga pursitiva locahzacla. El término ..dipo1o,,dc_
nota ias nroléculas que, como el agua, poré.r, co.gu
electnca r electrones) distribuida de mod-o desigual én
su cstnlcrurli. E1 amoniaco también es dipolar, al igual
que muchos compuestos como alcoholes, fosfolípiáos,
aminoácidos v ácidos nucleicos.
Múltiples fue
las molécula
estabilizan
lógicas
Entre las diversas flrerzas quc mantienen unidas a 1as
moléculas, las más poderosas son los enlaces cor a_
lentes, en los cuales la energía de enlace lar.ia descle
30 hasta más de 150 kcal/mol (cuadro ,1 1). Las mo_
léculas biológicas se estabilizan aún más mediante
varios tipos adicionales de enlaces intr.amoleculares,
cuyas energías de enlace varían amplialnente desde
0.i hasta 10 kcal/mol. Estos enlaces no covalentes. si
bien relativamente débiles, son abundantes en las
biornoléculas, por tanto, contribuyen de manera impor_
tante a 1a estructura, estabilidad y función molecularcs.
I
,.
- -l--.
lz"
,-</'
107--
--
H
Figura 3-2. Estructura tetraédrica del amoniaco.

29. ----.l-
Agtttt . :---. .
de importancia biológica
Cuadro 3-1 . Energía de enlace para los átomos
Energía
(kcaUmol)
o-o
§-s
C*N
S-H
l!-ñ
LAS MOLECUI.AS DE AGUA FORMAN
PUENTES (ENI-ACES) DE HIDRóCeruO
s de hidrógeno conf¡eren
ura macromolecular
--,: :- :...:- _;.tido. igual que el hielo, tiene
-'- ::.i-,... : :- :-:a:Iolecular, que resulta de la ca-
-- -:r -- - > : :, :,. del agllapara autor:reunirse en
: ::.:* r :-. j '. ,rqLtido. La interacción electros-
.:. -: :i..r, --r .-.. j:. =eno de un dipolo hídriccl y el par
t; ;.:'- ;r t ,.)ntpartidos de otro dipolo hidrico
lm? rn ptrente de hidrógeno; éste.favorece la reu-
,: r - .r-..-¡ hidncos en patrones ordenados, y
r.:itrr v un aceptor de hidrógeno. Obsér-
:-:¡,i,-¡ hídrico puede servir como donador
-: - - :J ,.rr átomo de hidrógeno (figura 3 3). Los
denen una vida media de asociación-Err§rt(f,ros y uenen una vlda mgclla de asoclaclon-
ilfumiacion de aproximadamente 1 pseg. En el hielo,uu 4prv^ult4u4trlvrtLU r [¡,Dgé. Dtl gt ttlEIU,
rdadipolo hídrico se reúne con otros cuatro dipolos
hitkicos: en el estado líquido, la cifra es de casi 3.5.
Pr mnto. con excepción de la fiatttaleza transitoria
de sus interacciones dipolares, el agua en estado 1í-
quido semeja al hielo más de 1o que se pensaba.
Los enlacesde hidrógeno son débiles respecto a
los snlaces covalentes. Para romper un puente de hi-
drógeao en el agua en estado líquido, se requiere de
4.5kcaUmol, aproximadamente; menos de 5% de las
110 kcal requeridas para romper el enlace O-H de
una molécula de agua.
Los puentes de hidrógeno estabilizan
proteínas y ácidos nucle¡cos
Entanto que, atemperatura ambiente, el metano (peso
molecular. 16) y el amoniaco (peso molecular, 17)
son gases. el agua (peso molecular, 18) es un líquido.
¿A qué se debe esto? La respuesta radica en la capaci-
dad del agua para formar puentes de hidrógeno, lo cual
tambisn explica su viscosidad y tensión superficial
relativamente altas.
J+
51
70
81
82
:,
o..-....r'lo: "'.,
,/l
o
H'/
o
H
I
o:_
H
Figura 3-3. Las moléculas dipolares de agua se reúnen en
solución. lzquierda: Reunión de dos moléculas dipolares
de agua. La línea punteada representa un puente de hidró-
geno. Obsérvese que una molécula de agua determinada,
puede actuar como donador o aceptor de hidrógeno, o como
ambos simultáneamente. Derecha: Reunión de una mo-
lécula central de agua con cuatro moléculas de agua
adicionales, mediante puentes de hidrógeno. Esta estructu-
ra es típica del hielo y, en menor extensión, del agua en
estado líquido.
El carácter dipolar del agua y su capacidad para
formar puentes de hidrógeno, también explican su ca-
pacidad para disolver muchas moléculas orgánicas. Los
compuestos que fonnan puentes de hidrógeno con el
agua (p. ej., compuestos
-OH
o SH, aminas, ésteres.
aldehídos y cetonas) rápidamente fbrman solvatos; por
tanto. se incrementa su solubilidad en el agua. Las
macromoléculas. cor¡o las proteínas, estabilizadas
mediantc puentes intermoleculares de hidrógeno, pue-
den intercambiar puentes superficiales de hidrógeno
por puentes de hidrógeno con el agua y aumentar la
solubilidad. Por tanto, las proteínas solubles están
recubieftas por una capa de agua.
El carácter dipolar del agua influye mucho sobre
sus interacciones con las biomoléculas. En el ambienre
acuoso dc las céli,rlas vivas. ocunen muchas interac-
ciones de carga entre el agua y los grupos polares de
las biomoléculas. El DNA se pliega de modo que s..
exponen el azicar polar y los grupos fosf-ato a las ntt -
léculas de agua. De igual manera, los residuos polar;.
de las proteínas se localizan principalmente en 1a su-
perhcie del biopolímero, donde parlicipan en eXre rS;:
interacciones con las molécuias de agua. La figula -r -:
ilustra la fonnación de los puentes de hidrógeno er-:::
el agua y los grupos funcionales reprcsentativos c¡ .'.
biomoléculas. Los dipolos alcohol, igual que los r-..: -
cos, pueden servir como donadores o acepra,:;. --
hidrógeno para lormar puentes de hidrógen., .. -
agua, entre sí, o con otras biomoléculas. En J, t :.
los átomos de oxígeno de las cetonaS tr --,: ;: -'-
sólo sirven como aceptores de hidrósen.-
Tipo de
enlace
o
o
i
H
I
96
99
'108
110
147
147
164