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CAPITULO I
ATOMOS Y MOLECULAS
En esta primera parte de la asignatura se aborda la Bioquímica estructural , es decir la composición y conformación de las moléculas.
El elemento mas abundante es el agua, al cual al disociarse se halla compuesto por hidrógeno y oxígeno. El ser humano además contiene además una buena proporción carbono en sus estructuras químicas, mientras que los elementos minerales o traza se hallan en pequeñas cantidades, generalmente formando sales o coadyuvando a los catalizadores biológicos.
Los átomos son la unidad química de la materia y están formados por un núcleo y una corona. El núcleo está formado por protones y neutrones. El número de protones nos determina el número atómico. En la corona se ubican los niveles de energía u orbitales en los cuales se ubican los electrones de carga negativa, siendo los orbitales externos, los comprometidos en la cesión o atracción electrónica entre dos átomos.
El carbono tiene 6 protones 6 seis neutrones en su núcleo y en su corona seis electrones
Además la masa del átomo en si mismo se halla en el núcleo, y es esta unidad la que denominamos unidades dalton , la cual no es otra cosa que la doceava parte de un átomo de carbono.
La teoría quántica establece los números atómicos:
a. Quántico principal (n) el cual nos indica en nivel (7) donde se ubica un electrón K, L etc. b. Quántico secundario (I) que define la forma de un orbital. De acuerdo con esto existen subniveles energéticos s, p, d, f c. Quántico de espín es el movimiento giratorio del un electrón.
De esta combinación se establece nIx, que nos da la notación por ejemplo 3p3 indica nivel 3, subnivel p con tres electrones. Los electrones suelen representarse con flecha dentro de una celdilla. Si tiene un mismo sentido los electrones se los representa con flecha en una misma dirección
A esta distribución de los átomos se denomina nube o configuración electrónica, del cual dependen las propiedades químicas del átomo.
Al conjunto de átomos que tiene el mismo número de protones, toma la denominación de elemento químico. Pero si un átomo tiene un mismo número de protones pero diferente de neutrones, estamos frente a un isótopo de importancia en medicina nuclear y endocrinología.
Cuando un átomo tiene un diferente número de electrones y de protones y tiene carga eléctrica, se le nomina como ión. Si el ión tiene una carga negativa por migrar al polo positivo en solución tenemos un anión , pero si migra al polo negativo por tener carga positiva le denominamos catión.
En el ser humano cerca del 99% de átomos se halla representado por el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y el 1% restante por elementos traza como sodio, potasio, calcio, hierro, yodo etc.
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA MÉDICA
En la naturaleza los elementos químicos integran los bioelementos que suelen ubicarse en la primera mitad de tabla periódica.
Los bioelementos pueden desempeñar una función estructural al hallarse de soporte de huesos, articulaciones, piel, etc., una función catalítica como por ejemplo el hierro al transportar oxígeno y una función osmótica como en las membranas biológicas.
Algunos autores dividen a los bioelementos en primarios y secundarios. Primarios a CHON mas fósforo y azufre, que tienen facilidad para formar enlaces químicos. Secundarios al cloro, sodio, potasio, calcio, magnesio que se hallan en estructuras biológicas.
En relación a las moléculas son agrupaciones de átomos que se hallan en una proporción fija.
Átomo de hidrógeno
Una característica de los bioelementos es el tener una valencia que puede ser fija o variable. Definimos a la valencia como la capacidad de combinación de un elemento. Dado que como hemos indicado las moléculas tienen una forma geométrica dependiente de su constitución atómica, de la cual depende la carga que posea, se han descrito los compuestos polares por atracción de iones positivos y negativos y los no polares como el metano. Estos conceptos son valiosos para el enlace iónico. Actualmente se habla de electrones de valencia para señalar a los electrones más débilmente unidos al átomo y que pueden intervenir en la formación de enlaces químicos. Existen elementos que presentan una valencia variable, gracias la cual pueden ceder o aceptar electrones como el hierro de valencia 2 y hierro de valencia 3.
EL ENLACE QUIMICO
La fuerza de atracción mutua entre dos o más átomos que se combinan para formar una molécula, se basa en la regla del octeto y en las fuerzas de Lewis.
De capital importancia en Bioquímica, la formación de un enlace obedece a:
a. Mecanismos de ganancia, pérdida o compartimiento de electrones entre los átomos participantes b. Los electrones de valencia se agrupan para que cada átomo puedan adquirir la estructura electrónica del gas noble mas cercano en el sistema periódico
La atracción electrostática entre especies iónicas de carga opuesta, da como resultado un enlace químico denominado iónico o electrovalente.
El enlace iónico ocurre cuando hay traspaso de electrones entre un átomo electropositivo y un átomo electronegativo, con lo que los átomos adquieren carga positiva y negativa,
Cuando dos átomos comparten electrones el enlace se denomina covalente , y en este proceso solo los electrones de valencia se hallan implicados en el proceso es decir referimos, a los electrones que se deba ganar o perder para adquirir la estructura del gas noble anterior. Para ello los electrones se hallan en un mismo nivel y según el principio de Pauli tienen espines opuestos.
El enlace covalente puede ser simple cuando se comparte un solo par de electrones, doble si la compartición es de dos pares y triple si son tres pares de electrones.
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Estructuralmente las proteínas se hallan constituidas por 50-55% de carbono, 20-40% de oxígeno, 15-20% de de hidrógeno y 6-7% de nitrógeno.
Sus unidades constitutivas, los aminoácidos son considerados como derivados de los ácidos orgánicos, y siendo el carbono el constituyente mayor, presentan en su estructura el llamado carbono asimétrico o carbono quiral , el cual se une por sus cuatro valencias a átomos diferentes con excepción de la glicina, siendo este carbono el que determina el poder rotatorio que define la presencia de aminoácidos levógiros y dextrógiros. La estructura de los aminoácidos, monosacáridos, y ácidos grasos serán estudiados en metabolismos.
Los aminoácidos principales son los llamados esenciales porque solo se presentan en la naturaleza, por lo que el hombre los adquiere con la alimentación. Son aminoácidos esenciales la arginina, lisina, triptófano, histidina, metionina, valina, leucina, fenilalanina, isoleucina, y treonina. Por la presencia de grupos polares en su cadena lateral, los aminoácidos polares son serina, treonina, ácido aspártico, ácido glutámico, arginina, lisina, histidina y tirosina.
Las proteínas guardan cuatro tipos de jerarquías:
Estructura primaria referida al número estructura y orden de los aminoácidos. Se halla determinada por condiciones genéticas.
Estructura secundaria en la cual los aminoácidos forman polipéptidos que se pliegan y se estabilizan por fuerzas covalentes y no covalentes, y en la cual se distinguen el hélice alfa y la lámina plegada beta.
En el hélice alfa , los aminoácidos giran alrededor de un eje o hélice, sostenida por enlaces de hidrógeno y en la segunda los grupos carboxilo de un a.a. se relacionan con otro carboxilo de otro a.a. y de igual forma sus grupos amino; en este caso se denominan lámina paralela o por el contrario se enfrentan un carboxilo con un grupo nitrógeno y se denomina lamina antiparalela.
Lamina plegada Hélice alfa
CAPITULO I: ATOMOS Y MOLECULAS
Estructura terciaria referida a las relaciones espaciales entre los elementos químicos. En ella se pueden formar los patrones supersecundarios por enlaces entre hélices alfa y laminas plegadas.
Finalmente en la estructura cuaternaria se hallan los protómeros o subunidades que son dos o más cadenas polipeptídicas unidos por fuerzas no covalentes. De ahí que se puedan encontrar proteínas diméricas o tetraméricas
La reacción entre dos aminoácidos forma un dipéptido, si son tres es un tripéptido etc. El término oligopéptido se refiere a una estructura que tiene entre 2 y 9 aminoácidos. Si la estructura tiene entre 10 y 100 aminoácidos le denominamos polipéptido.
Lípidos Son cadenas de hidrocarburos alquílicos que presentan un grupo ácido terminal denominado carboxilo. La cadena lateral o grupo alquílico es de tipo hidrofóbico, mientras que el grupo carboxilo es de carácter hidrofílico.
Su unidad básica son los ácidos grasos, formados por cadenas de 16, 18,20 carbonos de cadena par e impar. Según la longitud de la cadena lateral tenemos ácidos grasos de cadena corta de 2-4 átomos de carbono,
cadena media de 6-10 y de cadena larga de 12 a 26 carbonos
Si un ácido graso tiene una cadena sin dobles enlaces, el ácido graso se denomina ácido graso saturado como el ácido palmítico, y cuando los tiene ácidos grasos insaturados como los ácidos grasos esenciales linoleico, linolénico y araquidónico de gran importancia en la membrana biológica
Si el ácido graso contiene un doble enlace se denomina monoinsaturado como el ácido oleico; si tiene más de dos dobles enlaces se llamará poliinsaturado como los ácidos grasos esenciales.
Los triglicéridos o triacilgliceroles son moléculas formadas por tres ácidos grasos que se esterifican con una molécula de un azúcar alcohol, el glicerol.
El colesterol es un alcohol- esteroide con un núcleo básico de 3 ciclos hexanos, un ciclopentano y una cadena lateral alifática, que en conjunto suman 27 carbonos. Es una molécula fundamental en la composición de la membrana celular.
Los fosfolípidos que pertenecen al grupo de los Glícerolípidos con un núcleo básico, el glicerol, comprenden el fosfatidato, fosfati- dilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidil- serina, fosfatidilinosiltol. Los fosfolípidos
CAPITULO I: ATOMOS Y MOLECULAS
La asociación de dos monosacáridos unidos por un enlace glucocídico forma los disacá- ridos:
Lactosa = glucosa + galactosa Sacarosa = Glucosa + fructosa Maltosa = Glucosa + glucosa
El glucógeno se halla formado por miles de unidades de glucosa unidas por enlaces glucocilos 1-6 y 1-4.
También existen en la naturaleza derivados de los carbohidratos como azúcares alcoholes (glicerol), azúcares ácidos (ácido glucorónico), azúcares aminados (glucosamina), glucosami- noglucanos (ácido hialurónico, condroitin- sulfato, dermatan sulfato, heparina, queratan sulfato).
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