Bioquímica básica
La bioquímica estudia las reacciones químicas en organismos vivos y las moléculas que las hacen posibles. Es la convergencia entre química orgánica (estructura) y biología molecular (función), apoyada en enzimas que catalizan reacciones específicas con eficiencia extraordinaria.
Cuatro grandes biomoléculas
1. Carbohidratos
- Función: energía (glucosa), reserva (glucógeno, almidón), estructura (celulosa, quitina), señalización (glucoproteínas).
- Monosacáridos: glucosa, fructosa, ribosa.
- Disacáridos: sacarosa (Glu+Fru), lactosa (Glu+Gal), maltosa (Glu+Glu).
- Polisacáridos: almidón (planta), glucógeno (animal), celulosa (estructural vegetal), quitina (artrópodos, hongos).
2. Lípidos
- Hidrofóbicos o anfipáticos.
- Triglicéridos: 3 ácidos grasos + glicerol → reserva energética principal.
- Fosfolípidos: glicerol + 2 ácidos grasos + fosfato + cabeza polar → bicapa membranal.
- Esteroides: 4 anillos fusionados (colesterol, hormonas sexuales, ácidos biliares).
- Vitaminas liposolubles: A, D, E, K.
3. Proteínas
- Polímeros de 20 aminoácidos estándar unidos por enlaces peptídicos.
- Estructura:
- Primaria: secuencia de aa.
- Secundaria: α-hélice, β-lámina (puentes H del esqueleto).
- Terciaria: plegamiento global 3D.
- Cuaternaria: ensamblaje de varias subunidades (hemoglobina = 4 cadenas).
- Funciones: enzimáticas, estructurales, transporte, defensa, contractiles, regulatorias, almacén.
4. Ácidos nucleicos
- Nucleótido = base + azúcar (pentosa) + fosfato.
- ADN: doble hélice de bases A, T, C, G; pentosa = desoxirribosa; almacena información.
- ARN: cadena simple de A, U, C, G; pentosa = ribosa; varios roles (mensajero, ribosomal, transferente, regulador).
- Ver ADN ARN y dogma central.
Enzimas — los catalizadores biológicos
Características
- Aceleran reacciones 10⁶–10²⁰ veces.
- Específicas para sustrato y producto.
- Reguladas por inhibidores, activadores, modificación covalente.
- Trabajan en condiciones suaves: 37 °C, pH neutro, 1 atm.
Cinética enzimática
- Michaelis-Menten: v = Vmax · [S] / (KM + [S])
- KM: concentración a la que la reacción va a la mitad de Vmax; medida de afinidad.
- kcat: número de moléculas de sustrato convertidas por segundo por enzima activa.
- kcat/KM: eficiencia catalítica; algunas enzimas se acercan al límite de difusión (10⁸–10⁹ M⁻¹·s⁻¹).
Clases de enzimas (EC)
- Oxidorreductasas: redox.
- Transferasas: transfieren grupos.
- Hidrolasas: usan agua para romper enlaces.
- Liasas: agregan/eliminan grupos sin agua.
- Isomerasas: cambian configuración.
- Ligasas: unen con gasto de ATP.
- Translocasas (clase 7, agregada 2018): movimiento de moléculas a través de membranas.
Metabolismo
- Catabolismo: degrada moléculas → libera energía (ATP).
- Anabolismo: construye moléculas → consume energía.
Vías centrales
| Vía | Sustrato → producto | Localización | Energía |
|---|---|---|---|
| Glucólisis | Glucosa → 2 piruvato | Citosol | +2 ATP, +2 NADH |
| Ciclo de Krebs (TCA) | Acetil-CoA → CO₂ | Matriz mitocondrial | +3 NADH, +1 FADH₂, +1 GTP por vuelta |
| Fosforilación oxidativa | NADH/FADH₂ → ATP | Membrana mitocondrial interna | ~26 ATP por glucosa |
| β-oxidación | Ácido graso → acetil-CoA | Matriz mitocondrial | Genera abundante NADH/FADH₂ |
| Fotosíntesis (luz) | Luz + agua → ATP, NADPH, O₂ | Tilacoides cloroplastidiales | Fija energía solar |
| Calvin | CO₂ + ATP, NADPH → glucosa | Estroma cloroplastidial | Anabólica |
| Síntesis de aa | α-cetoácidos + N → aa | Citosol | Anabólica |
Bilance energético general
- Glucosa completa (aerobio): C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ~30–32 ATP.
- Anaerobio (fermentación): solo glucólisis, +2 ATP. Lactato (músculo, bacterias) o etanol (levaduras).
Coenzimas y vitaminas
- NAD⁺/NADH (B₃): transferencia de electrones.
- FAD/FADH₂ (B₂): transferencia de electrones.
- CoA (B₅): transferencia de grupos acilo.
- ATP: moneda energética universal.
- Tiamina (B₁): descarboxilación.
- Folato (B₉): grupos C₁.
- B₁₂: transferencia de metilos.
Por qué importa
- Fundamento de la medicina: la mayoría de los fármacos actúan sobre dianas bioquímicas.
- Base de la biotecnología: enzimas industriales en lavandería, producción de queso, biocatalizadores.
- Conexión con vida y origen: las primeras formas de vida fueron probablemente sistemas pre-bióticos con química orgánica catalizada por minerales y ribozimas.