La bioquímica estudia las moléculas y reacciones químicas de la vida a nivel molecular, utilizando los principios y lenguaje de la química para explicar la biología. Es una disciplina que ha permitido entender que la mayoría de compuestos químicos y procesos metabólicos centrales son los mismos en todos los organismos vivos.

1. INTRODUCCIÓN A
LA BIOQUÍMICA

2. ¿Qué estudia la Bioquímica?
La bioquímica se
encarga del estudio
de las moléculas y
las reacciones
químicas de la vida.
Es la disciplina que
emplea los principios
y el lenguaje de la
química a fin de
explicar la biología a
nivel molecular. [1]

3. 1. La bioquímica es una ciencia moderna
1828
1897
1944
1890
1950-
1960
1953
Friedrich Wöhler sintetizó el compuesto
orgánico urea al calentar el compuesto
inorgánico cianato de amonio.
Eduard Buchner demostró que los extractos de
levaduras libres de células podían catalizar la
fermentación de la glucosa para convertirla en
alcohol y dióxido de carbono.
Emil Fischer realizó numerosas contribuciones
para la comprensión de las estructuras y
funciones de las moléculas biológicas, propuso la
teoría de la cerradura y la llave de la acción
enzimática
Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty
realizaron un experimento con el cual
proporcionaron la primera evidencia concluyente
de que el ADN es el material genético.
Científicos de la Universidad de Cambridge
(Reino Unido) dirigidos por John C. Kendrew y
Max Perutz explicaron las primeras estructuras de
las proteínas.
James D. Watson y Francis H. C. Crick
dedujeron la estructura tridimensional del
ADN. [2]

4. 2. Los elementos químicos de la vida
Carbono
OxigenoNitrógeno
Hidrogeno
Azufre
Fósforo
97%
Peso de la
mayoría de los
organismos
Calcio Potasio Sodio Calcio
Magnesio Cloruro
Mn, Fe, Co,
Cu, Zn,
V, Cr, Ni, Mo,
Ga, Bo, Al,
Si, As, Se, Sn,
I, F
3%
Peso de la
mayoría de los
organismos
[3]

5. Compuestos
orgánicos
Grupos
funcionales
Enlaces en
compuestos
bioquímicos
[4]

6. 3. Macromoléculas
• Las estructuras químicas constituyen el vocabulario de la bioquímica.
• Las moléculas muy grandes son llamadas macromoléculas
• Por lo general, las macromoléculas biológicas
• forman un polímero creado mediante la unión de muchas moléculas
orgánicas más pequeñas, o monómeros, por medio de condensaciones.
• Cada monómero incorporado a una cadena macromolecular se denomina
residuo.
Monómero Polímero Macromolécula
[5]

7. 3.1 Proteínas
• Son veinte los aminoácidos
comunes que forman parte de
las proteínas de todas las
células.
• Cada aminoácido contiene un
grupo amino y un grupo
carboxilato, así como una
• cadena lateral (grupo R) que es
única para cada aminoácido.
• Muchas proteínas funcionan
como enzimas; otras son
componentes estructurales de
células y organismos.
• La función de una proteína
depende de su estructura
tridimensional, o conformación.
Aminoácido
Proteína

8. 3.2 Polisacáridos
• Están compuestos principalmente
por carbono, oxígeno e hidrógeno.
• Todos los monosacáridos y los
residuos de los polisacáridos
contienen varios grupos hidroxilo y
son por tanto polialcoholes.
• La glucosa es el azúcar de seis
carbonos más abundante, en estos
polisacáridos, cada residuo de
glucosa está unido en forma
covalente al siguiente por un enlace
covalente entre C-1 de una molécula
de glucosa y uno de los grupos
hidroxilo de la otra.
• La celulosa quizá sea el biopolímero
más abundante sobre la Tierra
debido a que constituye un
componente importante de los tallos
de las plantas de floración,
incluyendo los troncos de los
árboles.
Proyección de Fischer
(forma de cadena
abierta)
Proyección de Fischer
(forma anular)
Conformación
en sobre
Proyección de
Haworth

9. 3.3 Ácidos Nucleicos
• Están compuestas por
monómeros llamados
nucleótidos.
• Los nucleótidos están
compuestos por un azúcar de
cinco carbonos, una base
nitrogenada heterocíclica y al
menos un grupo fosfato.
• En los polinucleótidos, el grupo
fosfato de un nucleótido está
unido covalentemente al átomo
de oxígeno C-3 del azúcar de otro
nucleótido, con lo que se crea un
segundo enlace fosfoéster.
• Los ácidos nucleicos contienen
muchos residuos de nucleótido y
les caracteriza
• un esqueleto que consiste en
azúcares y fosfatos alternantes.
Azúcar de 5
carbonos
Base
Nitrogenada
Grupo
Fosfato

10. 3.4 Lípidos y
Membranas
• La mayor parte de los lípidos
no es soluble en agua, pero se
pueden disolver en algunos
solventes orgánicos.
• De manera habitual los ácidos
grasos se encuentran
formando parte de moléculas
más largas denominadas
glicerofosfolípidos.
• Muchas veces los lípidos
cuentan con una cabeza polar
e hidrofílica y una cola no
polar e hidrofóbica.
• Las membranas separan a las
células o compartimientos
intracelulares de sus entornos
al actuar como barreras
impermeables a casi todos los
compuestos solubles en agua.

11. 4. La energética de la vida
• El término metabolismo se refiere a la gran
cantidad de reacciones en virtud de las cuales
los compuestos orgánicos se sintetizan y
degradan y mediante el que la energía útil se
extrae, almacena y utiliza.
• El estudio de los cambios en la energía
durante las reacciones metabólicas se
denomina bioenergética.
• La bioenergética es parte del campo de la
termodinámica, una rama de la ciencia física
que estudia los cambios energéticos.

12. 4.1 Velocidades de reacción y equilibrios
La velocidad, o aceleración, de una reacción química
depende de la concentración de
los reactivos.
La velocidad de la reacción es directamente
proporcional al producto de las concentraciones de
A y B.
Casi todas las reacciones bioquímicas son
reversibles. Por convención, la constante de
velocidad directa es k1 y la constante de velocidad
inversa es k-1.
En algún momento, las velocidades de las
reacciones directa e inversa serán iguales y no
habrá un cambio adicional en las concentraciones
de A, B, C y D. En otras palabras, la reacción
alcanzará el equilibrio. En el equilibrio.
La constante de equilibrio, Keq, está definida por la
relación entre las concentraciones de producto y las
concentraciones de reactivo.

13. 4.2 Termodinámica
Si se conocen los cambios de energía vinculados a una reacción o proceso
es posible predecir las concentraciones en equilibrio. La cantidad
termodinámica que proporciona esta información es la energía libre deGibbs
(G), llamada así por J. Willard Gibbs, quien describió por primera vez esta
cantidaden 1878.
La espontaneidad de una reacción depende del
cambio global en la energía libre de Gibbs.
Si se conoce la energía libre de Gibbs de todos los
productos y todos los reactivos es más sencillo
calcular el cambio de la energía libre de Gibbs para
una reacción
La energía libre de Gibbs real de la sustancia A está
relacionada con su energía libre estándar por:

14. 4.3 Constantes de equilibrio y cambios en
la energía libre estándar de Gibbs
Para una reacción determinada, como la
reacción 1.3, el cambio real en la energía libre
de Gibbs está relacionado con el cambio en la
energía libre estándar por:
Ecuación en la que se relaciona el cambio
estándar en la energía libre de Gibbs y la
constante de equilibrio.

15. 5. La célula es la unidad básica de la vida
[6]

16. 6. Células procarióticas: características
estructurales
Flagelo
Cilios
Plásmidos
Ribosoma
s
ADN

17. 7. Células eucarióticas: características
estructurales
Célula
Animal
Célula
Vegetal

18. • La estructura que lo define es una envoltura
nuclear, una membrana con dos capas que se
unen en los poros nucleares recubiertos de
proteínas.
• El núcleo es el centro de control de la célula y
contiene 95% de su ADN, el cual se halla
estrechamente comprimido con proteínas
cargadas positivamente llamadas histonas y
enrolladas en una masa densa llamada
cromatina.
• Es una especie de andamio de proteínas
requerido para el sostén, organización interna e
incluso movimiento de la célula.
• Está compuesto por tres tipos de filamentos de
proteína: filamentos de actina, microtúbulos y
filamentos intermedios.
• Los filamentos de actina están compuestos por
una proteína llamada actina que forma hilos
muy delgados parecidos a cuerdas con un
diámetro de aproximadamente 7 nm.
• Los microtúbulos son fibras fuertes y rígidas
que suelen encontrarse comprimidos en haces.
• Los filamentos recubren el interior de la
envoltura nuclear y se extienden del núcleo
hacia la periferia de la célula.
Núcleo Citoesqueleto

19. • Una red de hojas de membrana y
túbulos llamada retículo
endoplásmico (RE) se extiende
desde la membrana externa del
núcleo.
• La región acuosa encerrada dentro
del retículo endoplásmico se
denomina lumen.
• Complejo de sacos membranosos
aplanados y llenos de líquido, se
encuentra con frecuencia próximo
al retículo endoplásmico y al
núcleo.
• Las vesículas provenientes del
retículo endoplásmico se fusionan
con el aparato de Golgi.
Retículo
Endoplasmatico
Citoesqueleto

20. • Las mitocondrias son los sitios
principales del metabolismo
oxidativo de la energía.
• La función más importante de la
mitocondria consiste en oxidar los
ácidos orgánicos, ácidos grasos y
aminoácidos para convertirlos en
dióxido de carbono y agua.
• Los cloroplastos son los sitios en
los que se realiza la fotosíntesis
en plantas y algas.
• Además de una membrana externa
doble, los cloroplastos contienen
una tercera membrana
• interna altamente plegada que
forma un sistema de sacos
aplanados denominada
• membrana tilacoide.
Mitocondrias Cloroplastos

21. • Las células eucarióticas
contienen vesículas
digestivas especializadas
llamadas lisosomas. Estas
vesículas están circundadas
por una sola membrana que
encierra un interior muy
ácido.
• Los peroxisomas
desempeñan reacciones de
oxidación, algunas de las
cuales producen el
compuesto tóxico peróxido
de hidrógeno, H2O2.
• Las vacuolas son vesículas
llenas de líquido rodeadas
por una sola bicapa lipídica.
Estas vesículas son sitios de
almacenamiento de agua,
iones y nutrientes como la
glucosa.
Vesículas
especializadas

22. Anexos

23. [1] La bioquímica es una rama de la biología que se encarga del estudio de las moléculas y reacciones
químicas de la vida, por lo tanto se puede decir que es un área de la química que se especifica en los
organismos vivos explicando los procesos de sus reacciones a nivel molecular y utilizando el lenguaje
propio de la química. Mediante el estudio de la bioquímica, al paso de los años se ha descubierto que la
mayoría de los compuestos químicos y los procesos metabólicos centrales son los mismos que se
encuentran en organismos muy diferentes como bacterias, plantas y humanos, por lo tanto los principios
básicos de la bioquímica son comunes a todos los organismos vivos. Para facilitar la comprensión de los
principios básicos de la bioquímica se estudian especies diferentes para identificar patrones y temas
comunes.
[2] La bioquímica a existido como tal desde hace 100 años mas no obstante las bases para el campo de
trabajo que dieron pie a su surgimiento han existido desde hace muchos siglos atrás. A través de la
historia se han dado varios descubrimientos significativos en esta ciencia, pero los mas importantes son:
el descubrimiento de la función catalítica de las enzimas y la función de los ácidos nucleicos como
moléculas transportadoras de información. Otros números descubrimientos han marcado la historia del
desarrollo de la bioquímica, entre los cuales se encuentran los siguientes: en 1828 Fiedrich Wohler
sintetizo el compuesto orgánico urea al calentar el compuesto orgánico cianato de amonio, con lo cual
logro demostrar por primera vez que a partir de sustancias inorgánicas comunes era posible sintetizar los
compuestos que se encuentran exclusivamente en los organismos vivos. Uno de los descubrimientos mas
importantes de la bioquímica se le adjudica a Eduard Buchner, quien identifico las enzimas como
catalizadores de las reacciones bioquímicas, para lo cual demostró que los extractos de levaduras libres de
células podían catalizar la fermentación de la glucosa para convertirla en alcohol y dióxido de carbono.
Emil Fischer se encargó de investigar la naturaleza de los catalizadores biológicos. Fischer propuso que
durante la catálisis una enzima y su reactante, o sustrato, se combinaban para formar un compuesto
intermedio. También propuso que sólo una molécula con una estructura adecuada podía servir como
sustrato de una determinada enzima. Fischer describió las enzimas como moldes rígidos, o cerraduras, y a
los sustratos como sus llaves correspondientes…

24. …En las décadas de 1950 y 1960, científicos de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) dirigidos por
John C. Kendrew y Max Perutz explicaron las primeras estructuras de las proteínas. Desde entonces, se
han determinado las estructuras tridimensionales de más de 1,000 proteínas diferentes y la comprensión
de la compleja bioquímica de las proteínas se ha incrementado de manera significativa. El segundo gran
descubrimiento en la historia de la bioquímica —la identificación de los ácidos nucleicos como moléculas
de información— se suscitó medio siglo después de los experimentos de Fischer y Buchner. En 1944,
Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty extrajeron ácido desoxirribonucleico (ADN) de una cepa
tóxica de la bacteria Streptococcus pneumoniae y lo mezclaron con una cepa no tóxica del mismo
microorganismo. Como resultado, la cepa no tóxica se transformó de manera permanente en una cepa
tóxica.
[3] El carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosforo y azufre representan el 97% del peso de la mayoría
de los organismos y todos estos elementos pueden formar enlaces covalentes estables y las cantidades
exactas en cada organismo varían siendo el agua el principal componente de las células y representa un
alto porcentaje de oxigeno. El carbono es mucho mas abundante en los organismos que en el resto del
universo. Los iones de calcio, potasio, sodio, magnesio y cloruro son esenciales en todas los organismo
vivientes, además otros elemento como el silicio, aluminio, hierro y entre otros son muy comunes en la
corteza terrestre pero están presentes en las células solo como trazas.
[4] En estas imágenes se aprecian los grupos funcionales mas comunes en la bioquímica, así como los
compuestos orgánicos y los enlaces en compuestos bioquímicos. Como es posible observar entre los
compuestos orgánicos se encuentra el alcohol, aldehído, cetona, tiol, entre otros; por otra parte entre los
principales grupos funcionales se encuentran el hidroxilo, acilo, carbonilo, carboxilato, sulfhidrilo, amino,
fosfato y fosforilo. Por ultimo en los enlaces en compuestos bioquímicos tenemos al éster, éter, amida,
éster fosfato y fosfoanhidrido.

25. [5] Así, en orden ascendente tenemos que un conjunto determinado de monómeros conforman una
cadena de un polímero, y a su vez un conjunto de polímeros dan lugar a una macromolécula. Todos los
residuos en una macromolécula son alineados en la misma dirección, y los extremos de la macromolécula
son químicamente diferentes. Las macromoléculas tienen propiedades que son muy diferentes de las de
sus monómeros constitutivos. Por ejemplo, el almidón no es soluble en agua y no tiene un sabor dulce, a
pesar de ser un polímero de la glucosa. Observaciones como ésta han llevado a la formulación del
principio general de la organización jerárquica de la vida. Cada nivel de esta organización supone
propiedades que no se pueden predecir con base únicamente en las del nivel anterior. Los niveles de
complejidad, en orden creciente, son átomos, moléculas, macromoléculas, orgánulos, células, tejidos,
órganos y organismos enteros.
[6] La celula es considerada la unidad de la vida y consiste en una estructura perfectamente organiza que
realiza diversas tarea. Los organismos vivos pueden ser unicelulares o pluricelulares. Una sola célula
simple puede ser representada como una gota de agua rodeada por una membrana plasmática. La gota
de agua contiene materia disuelta y suspendida, como proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos. El alto
contenido lipídico de las membranas las hace flexibles y de cierre automático. Debido a que las
membranas representan barreras impermeables contra moléculas grandes y especies cargadas, permiten
que las concentraciones biomoleculares dentro de las células sean mucho más altas que en el medio
circundante.