por Ingrid Michel loza.
INTRODUCCIÓN
A LA BIOQUÍMICA
Bioquímica (química de la vida)
es la ciencia que estudia las sustancias que componen a los seres vivos y las
reacciones que sufren estas sustancias para dar lugar a los procesos
fisiológicos tales como crecer, alimentarse, reproducirse, almacenar y utilizar
energía.
El oxígeno, carbono, hidrógeno y
nitrógeno constituyen alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las
células. Estos elementos forman con
facilidad enlaces covalentes mediante reparto de pares de electrones y pueden
reaccionar unos con otros para formar un gran número de compuestos covalentes
diferentes.
El carbono, nitrógeno y oxígeno
son elementos ligeros, pero capaces de formar enlaces covalentes muy fuertes. Entre ellos forman esqueletos de estructuras
simples como un pequeño carbohidrato o complejas como una molécula
genética. Así mismo pueden unirse a
otros átomos como el azufre o diversos grupos funcionales adquiriendo funciones
diversas.
Las biomoléculas están formadas
principalmente de enlaces carbono-carbono gracias a la configuración
tetraédrica de los pares electrónicos compartidos alrededor de cada átomo de
carbono.
1.1.
Jerarquía de la organización molecular de las células
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Precursores: Son elementos y compuestos
químicos simples como el dióxido de carbono, agua y nitrógeno atmosférico. Poseen bajo peso molecular y se convierten
gracias a intermediarios metabólicos en biomoléculas sillares o estructurales.
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Biomoléculas sillares estructurales:
Denominadas también monómeros. Tienen un peso molecular intermedio. A este grupo pertenecen los monosacáridos,
aminoácidos, mononucleótidos y ácidos
grasos. Son los componentes de las macromoléculas.
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Macromoléculas: o polímeros. Tienen un
peso molecular alto, por ejemplo las proteínas, los ácidos nucleicos.
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Supramacromoléculas: Resultan de la
asociación de diferentes clases de macromoléculas, por ejemplo las
lipoproteínas, los ribosomas, que resultan de la acción de fuerzas no
covalentes (débiles) como los enlaces de hidrógeno, las interacciones
hidrofóbicas y las interacciones de Van der Waals.
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Orgánulos: Núcleos, mitocondrias,
cloroplastos, e inclusiones intracitoplasmáticas (lisosomas, vacuolas).
1.2. Biomoléculas
primordiales
Las macromoléculas están
constituidas por un grupo pequeño de moléculas sillares, que reciben el nombre
de biomoléculas primordiales, elementos con los cuales, el organismo animal,
sintetiza sus estructuras propias. Estas
biomoléculas son: 20 aminoácidos, 5 bases nitrogenadas, 1 o más ácidos grasos,
2 azúcares, el alcohol glicerina y la amina colina.
Hasta la fecha se han
identificado una gran cantidad de compuestos sillares que, probablemente,
derivan de las biomoléculas primordiales.
Es así que se conocen más de 150 aminoácidos diferentes, que derivan de
los 20 fundamentales; 70 azúcares sencillos que derivan de la glucosa.
Aunque se han identificado
moléculas con un grado de complejidad muy alto, como hormonas, antibióticos,
alcaloides, etc se ha demostrado que también derivan de las biomoléculas
primordiales; es así que los terpenos derivan del ácido acético, que a su vez
es el producto de degradación de la glucosa y de los ácidos grasos. Por otra parte la mayoría de los alcaloides
derivan de los aminoácidos.
1.3. Origen de las biomoléculas
Se cree que los primeros
organismos vivientes aparecieron sobre la tierra hace 4000 millones de años
(Precámbrico), cuando la atmósfera estaba compuesta por una mezcla de gases:
amoniaco, metano y vapor de agua. Sobre
esta atmósfera primitiva, según Oparín, interactuaron procesos químicos y
físicos, principalmente energía solar,
para producir compuestos orgánicos simples, como aminoácidos y azúcares.
Miller sometió una mezcla gaseosa
de metano, amoniaco, agua e hidrógeno a chispas eléctricas a 80ºC. Con este procedimiento obtuvo glicocola,
alanina, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fórmico, propiónico, láctico y
succínico.
Posteriormente se sometió a la
acción de energía radiante a una mezcla de nitrógeno, hidrógeno, monóxido de
carbono y dióxido de carbono obteniéndose aminoácidos y otras moléculas
orgánicas.
Con el fin de demostrar cómo se
sintetizó los fosfolípidos de las membranas celulares Hargreaves y col usaron
glicerol, ácidos grasos o aldehidos y fosfatos, los cuales por acción de una
solución salina, temperatura y sonicación formaron vesículas.
Goldacre propone que los lípidos
formaron, junto con las proteínas, láminas sobre las superficies de las aguas
que, por acción del viento, fueron capaces de cerrarse sobre sí (liposomas) y al hacerlo atraparon
componentes del ambiente que más tarde iniciaron la diferenciación del interior
protocelular.
Tanto Oparín, con sus membranas
de proteínas y carbohidratos, como Fox, con sus microesferas, lograron estructuras
protocelulares que muestran envolturas con capacidades de permeabilidad
selectiva que les confieren características de “crecimiento” y “división” o
“gemación” (protometabolismo)
De acuerdo a DeDuve las bicapas
lipídicas y los polipéptidos hidrofóbicos
participaron en la construcción de las primeras envolturas celulares,
conformando membranas rudimentarias totalmente porosas impermeables solamente a
polinucleótidos y polipéptidos.
En cuanto a las moléculas de la
herencia se puede suponer que dado que la estructura del RNA ribosomal parece
ser la misma en todos los organismos, su antigüedad podría ser de ese mismo
orden.
Como una respuesta al riesgo de hinchamiento y lisis,
probablemente, se originaron las proteinas de membrana, entre las que se
encuentran los transportadores que
facilitan el movimiento de solutos hidrosolubles a través de la bicapa
lipídica.
Las biomoléculas
sillares estructurales que forman parte de las estructuras biológicas fueron
seleccionadas entre un grupo de compuestos orgánicos muy grande, por su
idoneidad para conferir a las células una capacidad de supervivencia.
