BIOQUIMICA

1. Introducción a la Bioquímica

Objetivo: Describirá la importancia de la Bioquímica e identificará su campo de estudio y su importancia dentro de la Química.

La Bioquímica es una rama de la Química que estudia los procesos químicos que se llevan a cabo en los seres vivos.

Este conjunto de reacciones, conocidas como metabolismo, son las que permiten a los seres vivos su desarrollo adecuado y la realización de sus procesos fundamentales.

El metabolismo se divide en dos grandes grupos:

• Anabolismo: Incluye los procesos de construcción y síntesis de las moléculas de los seres vivos.

• Catabolismo: Incluye los procesos de degradación de moléculas con la finalidad de producir energía.

La sustancias que intervienen en estos procesos, ya anabolismo o catabolismo, en incluso en ambos, se conocen como sustancias bioquímicas, cuya clasificación se muestra en el siguiente diagrama.

La célula: Unidad fundamental de la vida

La célula es la unidad fundamental de la vida. Todos los seres vivos están formados por ellas y es precisamente dentro de ellas donde se llevan a cabo muchos de los procesos metabólicos.

Las células están formadas por organelos que tiene una función bien específica. Ejemplo:

• Mitocondrias: En éstos organelos se produce la energía.

• Cloroplastos: Sólo forman parte de las células vegetales. En ellos la energía del sol es convertida en energía química que las plantas almacenan como carbohidratos.

• Ribosomas: En ellos se efectúa la síntesis de las proteínas.

A continuación se muestra un diagrama de la célula animal y otro de la vegetal.

Todos los organelos celulares son importantes y realizan funciones vitales para la vida, simplemente se marcan con rojo los que utilizamos como ejemplo.

En los seres vivos, el oxígeno, el carbono, el hidrógeno, y el nitrógeno constituyen aproximadamente el 95 % de la materia viviente.

Abundancia de los elementos en el cuerpo humano:

RAMAS AUXILIARES DE LA QUÍMICA

La química cubre un campo de estudios bastante amplio, por lo que en la práctica se estudia de cada tema de manera particular. Las seis principales y más estudiadas ramas de la química son:

1. Química inorgánica: Síntesis y estudio de las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de los compuestos formados por átomos que no sean de carbono (aunque con algunas excepciones). Trata especialmente los nuevos compuestos con metales de transición, los ácidos y las bases, entre otros compuestos.

2. Química orgánica: Síntesis y estudio de los compuestos que se basan en cadenas de carbono.

3. Bioquímica: estudia las reacciones químicas en los seres vivos, estudia el organismo y los seres vivos.

4. Química física: estudia los fundamentos y bases físicas de los sistemas y procesos químicos. En particular, son de interés para el químico físico los aspectos energéticos y dinámicos de tales sistemas y procesos. Entre sus áreas de estudio más importantes se incluyen la termodinámica química, la cinética química, la electroquímica, la mecánica estadística y la espectroscopía. Usualmente se la asocia también con la química cuántica y la química teórica.

5. Química industrial: Estudia los métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas, de la manera económicamente más beneficiosa. En la actualidad también intenta aunar sus intereses iniciales, con un bajo daño al medio ambiente.

6. Química analítica: estudia los métodos de detección (identificación) y cuantificación (determinación) de una sustancia en una muestra. Se subdivide en Cuantitativa y Cualitativa.

Cadena Respiratoria

Conceptos Generales

La misión de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico que se utiliza para la síntesis de ATP. Dicho gradiente electroquímico se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta cadena que favorecen en último caso la translocación de protones que generan el gradiente anteriormente mencionado. De esta forma podemos deducir la existencia de tres procesos totalmente dependientes:

 Un flujo de electrones desde sustancias individuales

 Un uso de la energía desprendida de ese flujo de electrones que se utiliza para la translocación de protones en contra de gradiente, por lo que energéticamente estamos hablando de un proceso desfavorable.

 Un uso de ese gradiente electroquímico para la formación de ATP mediante un proceso favorable desde un punto de vista energético.

La Cadena Respiratoria

En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs, sin embargo ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electroneslocalizado en la membrana interna de la mitocondria.

La cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones situados en la cara interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir los electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta el oxígeno molecular, que se reducirá formándose agua.

Como resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y se reducen alternativamente, liberándose una energía que en algunos casos es suficiente para fosforilar el ADP y formar una molécula de ATP. Se trata de la fosforilación oxidativa que permite ir almacenando en enlaces ricos en energía la energía contenida en las moléculas NADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en la glucólisis y en el ciclo de Krebs y que será más tarde fácilmente utilizada. Toda cadena respiratoria que comience por el NAD conduce a la formación de 3 ATP mientras que si comienza por el FAD produce sólo 2 ATP. El rendimiento energético del NADP es similar al del NAD, así como el del GTP lo es al del ATP.

Carbohidrato

Una de las tres principales clases de alimentos y una fuente de energía. Los carbohidratos son fundamentalmente azúcares y almidones que el organismo rompe formando glucosa (un azúcar sencillo que el organismo utiliza como alimento de las células).

El organismo también utiliza los carbohidratos para formar una sustancia llamada glucógeno que es almacenado en el hígado y músculos para una utilización futura. Las plantas contienen. además, celulosa, un carbohidrato no asimilable por el ser humano.

Los carbohidratos están consituídos por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) siendo la proporción de de hidrógeno a oxígeno = 2 (igual que en el agua).

La principal función de los carbohidratos es suministrarle energía al cuerpo, especialmente al cerebro y al sistema nervioso. Una enzima llamada amilasa ayuda a descomponer los carbohidratos en glucosa (azúcar en la sangre), la cual le da energía al cuerpo.

Fuentes alimenticias

Los carbohidratos se clasifican como simples o complejos. Esta clasificación depende de la estructura química del alimento y de la rapidez con la cual se digiere y se absorbe el azúcar. Los carbohidratos simples tienen uno (simple) o dos (doble) azúcares, mientras que los carbohidratos complejos tienen tres o más.

Los ejemplos de azúcares simples provenientes de alimentos abarcan:

• Fructosa (se encuentra en las frutas)

• Galactosa (se encuentra en los productos lácteos)

Los azúcares dobles abarcan:

• Lactosa (se encuentra en los productos lácteos)

• Maltosa (se encuentra en ciertas verduras y en la cerveza)

• Sacarosa (azúcar de mesa)

La miel también es un azúcar doble, pero a diferencia del azúcar de mesa, contiene una pequeña cantidad de vitaminas y minerales. (Nota: a los niños menores de 1 año nunca se les debe dar miel).

Los carbohidratos simples que contienen vitaminas y minerales están naturalmente en:

• Frutas

• Leche y productos lácteos

• Verduras

Los carbohidratos simples también se encuentran en los azúcares procesados y refinados como:

• Golosinas

• Bebidas carbonatadas (no dietéticas) regulares, como las bebidas gaseosas

• Jarabes

• Azúcar de mesa

Los azúcares refinados suministran calorías, pero carecen de vitaminas, minerales y fibra. Estos azúcares simples a menudo son llamados "calorías vacías" y pueden llevar al aumento de peso.

Igualmente, muchos alimentos refinados, como la harina blanca, el azúcar y el arroz blanco, carecen de vitaminas del complejo B y otros importantes nutrientes, a menos que aparezcan etiquetados como "enriquecidos". Lo más sano es obtener carbohidratos, vitaminas y otros nutrientes en la forma más natural posible, por ejemplo, de frutas en lugar del azúcar de mesa.

Los carbohidratos complejos, a menudo llamados alimentos "ricos en almidón", incluyen:

• Legumbres, como fríjoles, guisantes, lentejas y maní

• Verduras ricas en almidón, como papas, maíz, arveja verde y chirivía

• Panes y cereales integrales

Efectos secundarios

• Comer demasiados carbohidratos puede

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