La bioquímica es el estudio de las moléculas y las reacciones químicas de la vida. Además, es la disciplina que emplea los principios y el lenguaje de la química a fin de explicar la biología a nivel molecular.
Los bioquímicos descubrieron que los compuestos químicos y los procesos metabólicos centrales son los mismos que se encuentran en organismos tan distantes como las bacterias, plantas y humanos, y por ello, se sabe que los principios básicos de la bioquímica son comunes a todos los organismos vivos.
HISTORIA DE LA BIOQUÍMICA
La bioquímica surgió como ciencia dinámica solo hace 100 años. Sin embargo, las bases para el campo de trabajo que dieron pie al surgimiento de la bioquímica como ciencia moderna fueron sentadas desde hace muchos siglos:
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| Friedrich Wöhler |
En 1828, Friedrich Wöhler sintetizó el compuesto orgánico urea al calentar el compuesto inorgánico cianato de amonio. Con esto, demostró que a partir de sustancias inorgánicas comunes era posible sintetizar los compuestos que se encuentran exclusivamente en los organismos vivos.
Ahora se sabe que la síntesis y degradación de las sustancias biológicas obedecen a las mismas leyes químicas y físicas aplicables a procesos independientes de la biología.
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| Eduard Buchner |
En 1897, Eduard Buchner demostró que los extractos de levaduras libres podían catalizar la fermentación de la glucosa para convertirla en alcohol y dióxido de carbono.
Esto resultó ser uno de los descubrimientos mas importante de la bioquímica: la identificación de las enzimas catalizadores de reacciones biológicas ya que antes, los científicos creían que solo las células vivas podían catalizar reacciones biológicas complejas.
Emil Fisher propuso que durante la catálisis una enzima, y su reactante o sustrato, se combinaban para formar un compuesto intermedio. tambien propuso que sólo una molécula con una estructura adecuada podia servir como sustrato de una determinada enzima. además, describió las enzimas como moldes rígidos o cerraduras y a los sustratos como llaves correspondientes. Esta teoría modificada de llave y su cerradura sigue siendo el principio central de la bioquímica moderna.
Otro de los descubrimientos más importantes de la bioquímica fue la identificación de los ácidos nucleicos como moléculas de información.
En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty extrajeron acido desoxirribonucleico (ADN) de una cepa bacteriana (Streptococcus pneumonaiae). este experimento proporcionó la primera evidencia concluyente de que el ADN es el material genético.
En 1953, James Watson y Fracis Crick dedujeron la estructura tridimensional del ADN. la estructura del ADN sugirió de inmediato a Watson y Crick un método por el que el ADN pudiera reproducirse por sí mismo o autorreplicarse, y por lo tanto, transmitir informacion biológicva a sus sucesivas generaciones.
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS DE LA VIDA
En conjunto, un total de 29 elementos diferentes se encuentran por lo común en los organismos vivientes. Dentro de ella, existen seis elementos no metálicos que representan mas de 97% del peso de la mayoria de los organismos. todos estos elementos pueden formar enlaces covalentes estables.
otros elementos elementos como el silicio, el aluminio y el hierro son muy comunes en la corteza terrestre pero estan presentes en las celulas solo en trazas.
- el agua es el principal componente de la célula y representa un alto porcentaje (en peso) de oxígeno.
- el carbono es mucho mas abundante en los organismos vivos que en el resto del universo.
MACROMOLÉCULAS
Gran parte de la bioquímica estudia moleculas muy grandes a las que se refiere como 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 (la remoción de los elementos del agua). Cada monómero incorporado a una cadena macromolecular se denomina residuo. Cada residuo de un determinado polímero, se va agregando mediante la repetición de la misma reacción catalizada por unaenzima. Así, todos los residuos en una macromolécula son alineados en la misma dirección, y los extremos de la macromolécula son químicamente diferentes.
- 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.
Durante la síntesis de una proteína, el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilato de otro se condensan para formar un enlace amida. La unión entre el átomo de carbono de un residuo de aminoácido y el átomo de nitrógeno del siguiente residuo se denomina enlace peptídico.
- Polisacáridos
Los carbohidratos, o sacáridos, están compuestos principalmente por carbono, oxígeno e hidrógeno. Este grupo de componentes incluye azúcares simples (monosacáridos) así como sus polímeros (polisacáridos).
La mayoría de los monosacáridos comunes contiene ya sea cinco o seis átomos de carbono. Las estructuras de los azúcares se pueden representar de varias formas. Por ejemplo, la ribosa (el azúcar de cinco carbonos más común) se puede mostrar como una molécula lineal con un contenido de cuatro grupos hidroxilo y un grupo aldehído.- Ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son grandes macromoléculas compuestas por monómeros llamados nucleótidos. El término polinucleótido constituye una descripción más exacta de una sola molécula de ácido nucleico, tal como polipéptido es un término más preciso que proteína para las moléculas individuales compuestas por residuos de aminoácidos.
El término ácido nucleico se refiere al hecho de que estos polinucleótidos se detectaron por primera vez como moléculas acídicas en el núcleo de las células eucarióticas. Ahora se sabe que los ácidos nucleicos no están confinados a los núcleos eucarióticos y que son abundantes en el citoplasma y en los procariotas, que no tienen núcleo.
Los nucleótidos están compuestos por un azúcar de cinco carbonos, una base nitrogenada heterocíclica y al menos un grupo fosfato. En los ribonucleótidos, el azúcar es la ribosa; en los desoxirribonucleótidos, es la derivada desoxirribosa.
Las bases nitrogenadas de los nucleótidos corresponden a dos familias conocidas como purinas y pirimidinas. Las principales purinas son adenina (A) y guanina (G); las principales pirimidinas son citosina (C), timina (T) y uracilo (U).
- Lípidos y membrana
El término “lípido” se refiere a una clase diversa de moléculas ricas en carbono e hidrógeno pero que contienen relativamente pocos átomos de oxígeno. La mayor parte de los lípidos no es soluble en agua, pero se pueden disolver en algunos solventes orgánicos.
Los lípidos más simples son los ácidos grasos, que son hidrocarburos de cadena larga con un grupo carboxilato en un extremo. De manera habitual los ácidos grasos se encuentran formando parte de moléculas más largas denominadas glicerofosfolípidos, los cuales contienen glicerol 3-fosfato y dos grupos grasos acilo. Los glicerofosfolípidos son los principales componentes de las membranas biológicas.
Muchas veces los lípidos cuentan con una cabeza polar e hidrofílica (amante del agua) que puede interactuar con un entorno acuoso, y una cola no polar e hidrofóbica (temerosa del agua).
En un entorno acuoso, las colas hidrofóbicas de tales lípidos se asocian para producir una hoja denominada bicapa lipídica. Las bicapas lipídicas forman la base estructural de todas las membranas biológicas.
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. Las membranas son flexibles debido a que las bicapas lipídicas se estabilizan mediante fuerzas no covalentes.
