Introducción a la Bioquímica

¨ La ciencia debe ser lo más sencilla posible, pero no más simple ¨

—Albert Einstein

¡Le damos la bienvenida a este blog de Introducción a la Bioquímica de la Universidad de Panamá! El propósito de este blog es ofrecerle un ambiente interactivo orientado a construir aprendizajes sobre el estudio de la Bioquímica, la Bioquímica lo es todo. La estrategia pedagógica empleada es el aprendizaje activo basado en casos. Es un blog altamente interactivo que constantemente lo reta a responder preguntas, verificar su comprensión, resolver casos en diferentes niveles y múltiples oportunidades para pasar de la teoría a la práctica con actividades formativas que le permitirán ganar puntos de experiencia, puntos de competencia y puntos de habilidad. Así mismo le recomendamos que desarrolle todas las actividades educativas en el orden propuesto, de manera que pueda sacar mejor provecho de este blog.

INTRODUCCIÓN
La bioquímica es el 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. 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. Se sabe que los principios básicos de la bioquímica son comunes a todos lo organismos vivos. Aunque en la práctica los científicos concentran sus esfuerzos de investigación en organismos particulares, sus resultados se pueden extrapolar a muchas otras especies. Este blog se ha titulado introducción a la bioquímica debido a que se enfoca en los conceptos más importantes y fundamentales de la bioquímica: aquellos que son comunes a la mayoría de las especies, incluidas bacterias, plantas y mamíferos como el hombre.

La bioquímica es una ciencia moderna

La bioquímica surgió como ciencia dinámica tan sólo desde hace 100 años. No obstante, las bases para el campo de trabajo que dieron pie al surgimiento de la bioquímica como ciencia moderna fueron sentadas desde hace muchos siglos. El periodo anterior al siglo XX fue testigo de rápidos avances en la comprensión de los principios químicos básicos como la cinética de reacción y la composición atómica de las moléculas. Para fines del siglo XIX se habían identificado numerosas sustancias químicas producidas por los organismos vivos. Desde entonces, la bioquímica se ha convertido en una disciplina organizada y los bioquímicos dilucidaron muchos de los procesos químicos de la vida. El crecimiento de la bioquímica y su influencia en otras disciplinas seguirá su marcha durante el siglo XXI.

PRIMERA CLASE

Los elementos químicos de la vida

Existen seis elementos no metálicos —oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y a azufre—que representan más de 97% del peso de la mayoría de los organismos. Todos estos elementos pueden formar enlaces covalentes estables. Las cantidades relativas de estos seis elementos varían en cada organismo. El agua es el principal componente de las células y representa un alto porcentaje (en peso) de oxígeno. El carbono es mucho más abundante en los organismos vivos que en el resto del universo. Por otro lado, algunos elementos como el silicio, el aluminio y el hierro son muy comunes en la corteza terrestre, pero están presentes en las células sólo en trazas. En conjunto, un total de 29 elementos diferentes se encuentran por lo común en los organismos vivientes (figura 1). Éstos incluyen a cinco iones esenciales en todas las especies: calcio (Ca²⁺), potasio (K⁺), sodio (Na⁺), magnesio (Mg²⁺) y cloro (Cl^1-). Se observa que los 24 elementos adicionales representan solo 3% del peso de los organismos vivos.

Figura 1. Tabla periódica de los elementos. Los elementos importantes encontrados en las células vivas se muestran a color. Los elementos en color rosa (CHNOPS) son los seis elementos más abundantes. Los cinco iones esenciales están en violeta. Los elementos traza se muestran en azul oscuro (más comunes) y en azul claro (los menos comunes). 

Vale la pena mencionar que los átomos de cada uno de los elementos más comunes que se encuentran en los seres vivos pueden formar con facilidad enlaces covalentes estables, el tipo de enlace que permite la construcción de moléculas tan importantes como las proteínas. Las notables complejidad estructural y diversidad de las moléculas orgánicas son posibles gracias a la capacidad de los átomos de carbono de formar cuatro fuertes enlaces covalentes sencillos, bien con otros átomos de carbono o los de otros elementos. Las moléculas orgánicas con muchos átomos de carbono pueden dar formas complicadas, como largas estructuras lineales o cadenas ramificadas y anillos. 

Grupos funcionales de las biomoléculas orgánicas 

Las reacciones bioquímicas incluyen uniones químicas específicas o partes de moléculas denominadas grupos funcionales. Los más importantes sitios de reactividad se muestran en la figura 2. La figura 2 ilustra algunos tipos de enlaces presentes en los derivados de compuestos que se presentan en los organismos vivos. Obsérvese que todas estas uniones están compuestas por diferentes átomos y enlaces individuales entre átomos. Se estudiarán estos compuestos, grupos funcionales y uniones a lo largo de este libro. Los enlaces éster y éter son comunes en los ácidos grasos y los lípidos. Los enlaces amida se presentan en las proteínas. Los enlaces éster fosfato y fosfoanhídrido se presentan en los nucleótidos.

Figura 2. Algunos grupos funcionales presentes en las biomoléculas. 

Las macromoléculas

Una macromolécula es una molécula de gran tamaño creada comúnmente a través de la polimerización de subunidades más pequeñas (monómeros). Por lo general se compones de una gran cantidad de átomos. Puedes ser tanto orgánicas como inorgánicas y las más comunes en Bioquímica son biomoléculas (figura 3). Tales como; carbohidratos, proteínas, péptidos, ácidos nucleicos, macrociclos, lípidos, entre otras). Son macromoléculas sintéticas los plásticos comunes y las fibras sintéticas.

Figura 3. Mapa mental de las principales biomoléculas presentes en los seres vivos (carbohidratos, ácidos nucleicos, proteínas y lípidos).

PRIMERA ACTIVIDAD

Para la siguiente macromolécula (figura 4), señale con un circulo los grupos funcionales que la presentes y diga el  tipo de molécula.

  

Figura 4. macromolécula con función biológica.

Fecha de entrega: Esta actividad se entregará 28 de octubre de 2019.

Instrucciones: Trabaje en grupo de dos estudiantes, esta actividad se entrega en clase.

Referencia bibliográficas:

• Campbell, M. y Farell, S. 2016. Bioquímica, 8a. Edición, volumen I. International Thomson Editores, S. A., México.
• Horton, H. et al 2007. Principios de Bioquímica, 4ª Edición, Pearson Educación.
• Murray. R. et al 2009. Harper Bioquímica Ilustrada. 28a Edición, Editorial El Manual Moderno. S.A., México. D.F., México.