Bioquimica
La bioquímica es una ciencia que estudia la química de la vida; es decir, pretende describir la estructura, la organización y las funciones de la materia viva en términos moleculares. Esta ciencia es una rama de la Química y de la Biología.
Puede dividirse en tres áreas principales:
1) la química estructural de los componentes de la materia viva y la relación de la función biológica con la estructura química
2) el metabolismo, la totalidad de las reacciones químicas que se producen en la materia viva
3) la química de los procesos y las sustancias que almacenan y transmiten la información biológica. Esta última también es el área de la genética molecular.
Los estudios bioquímicos han permitido avances en el tratamiento de muchas enfermedades metabólicas, y en conocer más sobre el genoma humano. Así como en el campo de la medicina, también se aplica en la odontología, agricultura, práctica forense, antropología, ciencias ambientales, entre otros.
La bioquímica y los nutrientes
En el estudio de las reacciones químicas, una de las especialidades de la bioquímica se encuentra en el análisis de los nutrientes, los cuales se dividen en cinco grupos específicos: proteínas, grasas, hidratos de carbono, vitaminas y minerales; en ellos se incluyen 50 sustancias que según parece son indispensables para conseguir una salud equilibrada y un crecimiento normal.
Nuestro organismo requiere de la energía para poder realizar cualquier actividad, incluso para efectuar el mero mecanismo de respirar. Gracias a la invención del calorímetro, los investigadores pueden conocer cuáles son los nutrientes que aportan la cantidad de energía que un organismo necesita; cabe mencionar que de acuerdo a la actividad que se realice las demandas energéticas difieren.
El estudio de los bioquímicos consiste en saber cuánta energía aporta cada uno de estos nutrientes y gracias a ello es posible saber que 1 gramo de proteína o de hidrato de carbono puro produce 4 calorías mientras que 1 gr de grasa pura produce 9.
Cabe aclarar que cada nutriente cumple con una función particular:
* Las proteínas son las encargadas de producir tejido corporal y de sintetizar las enzimas, y la cantidad de proteína recomendada para una persona adulta es de 0,8 gramos por kilo de peso;
* Los minerales se encargan de la reconstrucción estructural de los tejidos corporales y colaboran con la acción de los sistemas enzimáticos (contracción muscular, reacciones nerviosas y coagulación de la sangre). Los minerales fundamentales son el calcio, el fósforo, el magnesio, el hierro, el sodio y el potasio;
* Las vitaminas son las que ayudan a mejorar la forma de absorción de las proteínas, los hidratos de carbono y las grasas. Existen muchos tipos de vitaminas, siendo las más importantes aquéllas que participan en la formación de las células de la sangre, de las hormonas y del hígado;
* Los hidratos de carbono son los principales nutrientes para el aporte de energía ya que se encuentran en la mayor cantidad de alimentos, así como también en bebidas alcohólicas. Durante el proceso de metabolismo los hidratos de carbono se queman con el fin de obtener energía;
* Las grasas aportan al organismo más del 50% de la energía, y son un combustible de tipo compacto que se almacena perfectamente para ser utilizado cuando sea necesario. Si bien en un ambiente natural son nutrientes indispensables (permiten crear reservas durante los períodos de comida abundante para consumir al momento de la escasez), en nuestras sociedades modernas donde siempre hay alimentos a nuestras disposición, se han convertido en una causa fundamental de los problemas de salud.
Importancia del agua
El agua es el líquido más abundante de la corteza y uno de los pocos líquidos naturales. Es esencial en los seres vivos. El agua es el componente más abundante en los medios orgánicos, los seres vivos contienen por término medio un 70% de agua.
El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra- como extracelularmente.
El ángulo del enlace H—O—H en el agua es de
El agua es nucleofílica
El átomo de oxígeno, rico en electrones, determina gran parte de la reactividad del agua en las
reacciones químicas. A las sustancias ricas en electrones se les llama nucleofilos (“amantes” del núcleo) porque buscan especies con carga positiva, o con deficiencia en electrones, llamadas electrofilos (“amantes” del electrón).
Los nucleófilos pueden tener carga negativa o contar con pares no compartidos de electrones.
pH de algunos fluidos acuosos
Aminoacidos, peptidos y proteinas
¿Qué son las Proteínas?
Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos que están unidos por un tipo de enlaces conocidos como enlaces peptídicos. El orden y la disposición de los aminoácidos dependen del código genético de cada persona. Todas las proteínas están compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y la mayoría contiene además azufre y fósforo.
Las proteínas suponen aproximadamente la mitad del peso de los tejidos del organismo, y están presentes en todas las células del cuerpo, además de participar en prácticamente todos los procesos biológicos que se producen.
Funciones de las proteínas
Propiedades
Clasificación de las proteínas
Las proteínas son susceptibles de ser clasificadas en función de su forma y en función de su composición química. Según su forma, existen proteínas fibrosas (alargadas, e insolubles en agua, como la queratina, el colágeno y la fibrina), globulares (de forma esférica y compacta, y solubles en agua. Este es el caso de la mayoría de enzimas y anticuerpos, así como de ciertas hormonas), y mixtas, con una parte fibrilar y otra parte globular.
Dependiendo de la composición química que posean hay proteínas simples y proteínas conjugadas, también conocidas como heteroproteínas. Las simples se dividen a su vez en escleroproteínas y esferoproteínas.
Aminoacidos
Los aminoácidos son las unidades químicas o "bloques de construcción" del cuerpo que forman las proteínas. Las sustancias proteicas construidas gracias a estos 20 aminoácidos forman los músculos, tendones, órganos, glándulas, las uñas y el pelo.
Existen dos tipos principales de aminoácidos que están agrupados según su procedencia y características. Estos grupos son aminoácidos esenciales y aminoácidos no esenciales.
Los aminoácidos que se obtienen de los alimentos se llaman "Aminoácidos esenciales".
Los aminoácidos que puede fabricar nuestro organismo a partir de otras fuentes, se llaman "Aminoácidos no esenciales".
El crecimiento, la reparación y el mantenimiento de todas las células dependen de ellos. Después del agua, las proteínas constituyen la mayor parte del peso de nuestro cuerpo.
Aminoácidos esenciales y no esenciales
Esenciales: son aquellos que un organismo dado no puede producir por si mismo en cantidades suficientes para cubrir sus necesidades y que debe obtener de la dieta.
No esenciales: aquellos que un organismo dado puede producir por si mismo en cantidades suficientes para cubrir sus necesidades de síntesis de proteínas y otros metabolitos.
Clasificación basada en el metabolismo
-puramente cetogenicos :leucina
-cetogenicos y glucogénicos :lisina , isoleucina , fenilamina , tirosina y triptófano
-puramente glucogénicos :treonina , metionina , valina , alanina , arginina , aspartato , cisteína , glutamato , glicina , prolina , serina , histidina , glutamina y asparagina
Los aminoácidos puede actuar como ácidos o bases
Una base : especie que puede aceptor de proton.
pI= punto isoeléctrico o pH isoeléctrico es el pH al cual la carga neta del aminoácido es cero .
Pèptidos
Los péptidos son moléculas compuestas a partir de los vínculos que entablan ciertos aminoácidos (que, a su vez, son ciertas clases de moléculas de carácter orgánico). La relación entre los aminoácidos quedaba establecida a través de lo que se conoce como un enlace peptídico.
Es importante destacar que las proteínas también se forman mediante las uniones de los aminoácidos. Por lo general, cuando se involucran más de un centenar de aminoácidos, se habla de proteínas, mientras que las moléculas que presenta una cantidad inferior ingresan en el grupo de los péptidos. Los péptidos, por lo tanto, tienen menor masa.
Las propiedades de las moléculas que participan del enlace y el número de ellas posibilitan la distinción entre los diferentes tipos de péptidos. Es posible hablar, en este sentido, de polipéptidos (que son aquellos péptidos con más de diez aminoácidos, pero con una cifra inferior a la que tienen las proteínas) o de oligopéptidos (que tienen menos de una decena de aminoácidos).
Los péptido son cadenas de aminoácidos
El enlace peptídico: Unión de dos aminoácidos
• Enlace covalente tipo amida
• Reacción de condensación
• Se elimina H2O
• La unión de dos aa da lugar a un dipéptido
El enlace peptídico presenta un carácter parcial de doble enlace
El oxígeno del carbonilo tiene una carga negativa parcial y el nitrógeno de la amida una carga positiva parcial, la creación de un pequeño dipolo eléctrico. Prácticamente todos los enlaces peptídicos de las proteínas se producen en esta configuración trans.
El enlace peptídico es plano y rígido
-Los enlaces peptídicos C-N(También llamados
-el esqueleto de la cadena poli peptídica es una serie de planos rígidos que comparten un punto común de rotación que es el Ca
Existen péptidos y polipéptidos biológicamente activos y de una gran variedad y tamaño
Dipéptido sintetizado comercialmente Edulcorante artificial
Las enzimas
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece solo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas presentes en una célula determina el tipo de metabolismo que tiene esa célula. A su vez, esta presencia depende de la regulación de la expresión génica correspondiente a la enzima.
Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que la presencia de la enzima acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso en escalas de millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.
La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan dicha actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato, y otros factores físico-químicos.
Muchas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos o de productos domésticos de limpieza. Además, son ampliamente utilizadas en diversos procesos industriales, como son la fabricación de alimentos, destinción de vaqueros o producción de biocombustibles.
Los carbohidratos
Los carbohidratos
son uno de los principales nutrientes en nuestra alimentación. Estos ayudan a proporcionar energía al cuerpo. Se pueden encontrar tres principales tipos de carbohidratos en los alimentos: azúcares, almidones y fibra.
Las personas que tienen diabetes a menudo deben llevar una cuenta de la cantidad de carbohidratos que consumen.
Funciones
El cuerpo necesita las tres formas de carbohidratos para funcionar correctamente.
El cuerpo descompone los azúcares y los almidones en glucosa (azúcar en la sangre) para utilizarlos como energía.
La fibra es la parte del alimento que el cuerpo no descompone. La fibra ayuda a hacerlo sentir lleno y puede ayudarle a mantener un peso saludable.
Existen dos tipos de fibra. La fibra insoluble agrega volumen a las heces para que pueda tener deposiciones regulares. La fibra soluble ayuda a reducir los niveles de colesterol y puede ayudar a mejorar el control del azúcar en la sangre.
Fuentes alimenticias
Muchos tipos distintos de alimentos contienen uno o más tipos de carbohidratos.
Acùcares
Los azúcares se presentan de manera natural en estos alimentos ricos en nutrientes:
Frutas
Leche y productos lácteos
Algunos alimentos contienen azúcares añadidos. Muchos alimentos empacados y refinados contienen azúcares añadidos. Estos incluyen:
Golosinas
Galletas, pasteles y productos de panadería
Bebidas carbonatadas regulares (no dietéticas), como las bebidas gaseosas
Jarabes espesos, como los que se añaden a la fruta enlatada
Los alimentos refinados con azúcares añadidos proporcionan calorías, pero no tienen vitaminas, minerales y fibra. Debido a que les faltan nutrientes, estos alimentos proporcionan "calorías vacías" y pueden llevar al aumento de peso. Es preferible consumir alimentos sin azúcares añadidos.
Almidones
Los siguientes alimentos ricos en nutrientes tienen un contenido alto de almidones. Muchos tienen también un contenido alto de fibra:
Frijoles enlatados y secos, como alubias, frijoles negros, frijoles pintos, frijol de carete, guisantes y garbanzos
Verduras ricas en almidón, como papas, maíz, frijoles verdes y chirivía
Granos integrales como el arroz integral, la avena, la cebada y la quinua
Los granos refinados, como los que se encuentran en los productos de panadería, el pan blanco, las galletas saladas y el arroz blanco también contienen almidones. Sin embargo, carecen de vitamina B y otros nutrientes importantes a menos que estén marcados como "fortalecidos". Los alimentos preparados con harina refinada o "blanca" también contienen menos fibra y proteína que los productos preparados con granos integrales y no ayudan a que se sienta satisfecho.
Fibra
Los alimentos con contenido alto de fibra incluyen:
Granos integrales, como el trigo entero y el arroz integral, así como panes, cereales y galletas saladas preparadas a base de granos integrales
Frijoles y legumbres, como los frijoles negros, las alubias y los garbanzos
Verduras como el brócoli, las coles de Bruselas, el maíz y las papas con cáscara
Frutas como las frambuesas, las peras, las manzanas y los higos
Nueces y semillas
La mayoría de los alimentos procesados y refinados tienen un contenido bajo de fibra, sin importar si están fortalecidos o no.
Lípidos
Los lípidos forman parte de la dieta habitual. Son necesarias para que una alimentación sea completa y equilibrada. También se los suele llamar “grasas”, pero lo real es que no son lo mismo, ya que las grasas son solo un tipo de lípido. Para entender un poco más sobre este macronutriente y qué rol desempeña en el organismo, te detallaré qué son los lípidos.
Tipos de lípidos y su composición
Existen dos tipos de lípidos principales:
Colesterol, ya que forman parte de membranas orgánicas.
Fosfolípidos, principal componente de las membranas biológicas.
Además, los lípidos están formados por ácidos grasos, que se clasifican en ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados.
Ácidos grasos saturados
Son aquellos cuyos enlaces son sencillos, dentro de los cuales es posible encontrar los siguientes ácidos grasos:
- Láurico,
- mirístico,
- palmítico,
- esteárico,
- araquídonico.
Ácidos grasos insaturados
Son aquellos cuyos enlaces son dobles, dentro de los cuales se pueden mencionar los ácidos grasos:
- palmitoleico,
- oleico,
- linoleico,
- linolénico,
- araquidonico.
Dentro de esta clasificación se encuentran los ácidos grasos esenciales, es decir los que no pueden ser sintetizados por el organismo del hombre.
Teniendo en cuenta esta definición de lípidos, es importante tener presente que los lípidos son importantes y deben formar parte de la dieta, ya que a través de ella tienes acceso a diferentes tipos de ácidos grasos, los cuales consumidos en su justa medida, pueden ser beneficiosos para la salud.
Funciones de los lípidos o grasas
A pesar de lo que comúnmente se piensa, los lípidos también conocidos como grasas son un constituyente importante dentro de la dieta. Debido a la función que estos cumplen dentro del organismo, es indispensable incorporar alimentos que los contengan y de esta forma, mantener el funcionamiento de los diferentes órganos.
Para qué sirven las grasas
Como estructura a los tejidos y órganos. Determinados lípidos como fosfolípidos y colesterol entre otros conforman las capas lipídicas de las membranas. Estos recubren y protegen los órganos.
Como depósitos de reserva de energía. Los lípidos conforman una reserva energética. 1 gramo de grasa produce 9 kilocalorías en el momento de su oxidación. Dentro de los ácidos grasos de almacenamiento se encuentran principalmente los triglicéridos.
Como transporte de otras sustancias. Los lípidos, una vez absorbidos en el intestino, se transportan gracias a la emulsión que produce junto a los ácidos biliares.
Como biocatalizadores. Los lípidos forman parte de determinadas sustancias que catalizan funciones orgánicas como hormonas, prostaglandinas, vitaminas lipídicas.
Estas funciones metabólicas se producen a expensas de las grasas alimenticias (metabolismo exógeno) y de las grasas depositadas en el organismo (metabolismo endógeno).
En condiciones normales, dentro del organismo existe un equilibrio fisiológico entre el ingreso y egreso de los lípidos, de esto depende la cantidad depositada y las grasas estructurales.
Lípidos: propiedades químicas
A) Una de las reacciones características de los ácidos grasos es la llamada reacción de ESTERIFICACIÓNmediante la cual un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua. R1-COOH + HOCH2-R2 --------------> R1-COO-CH2-R2 + H2O Ácido graso alcohol éster agua La reacción inversa a la esterificación es la saponificaciónB) SAPONIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOSMuchos ácidos grasos, reaccionan con bases fuertes, como la sosa (NaOH) o la potasa (KOH), produciendo sales sódicas o potásicas que reciben el nombre de jabones. A esta reacción se le denomina saponificación. Solamente son saponificables aquellos lípidos que poseen ácidos grasos en su estructura molecular R1-COOH + NaOH ------------------> R1-COONa + H2O Ácido graso sosa Sal sódica (jabón) agua
ACILGLICÉRIDOS o ácilgliceroles Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina también llamada glicerol. Reciben así mismo el nombre de glicéridos o grasas simples. Según el número de ácidos grasos que sustituirán a los hidrógenos correspondientes a los grupos oxhidrilo de la molécula. Se distinguen tres tipos de estos lípidos: los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso, los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos, los triglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos. Los acilglicéridos al reaccionar con las bases fuertes dan lugar a reacciones de saponificación en la que se producen moléculas de jabón.
Los triglicéridos son los constituyentes principales de los aceites vegetales y las grasas animales, tienen densidades menores que el agua por lo que flotan sobre ella y pueden ser sólidos o líquidos a temperatura ambiente. Cuando son sólidos se les denomina "grasas", y cuando son líquidos se les llama "aceites". También se utiliza el nombre de triacilgliceroles, que son compuestos químicos que consisten de una molécula de glicerol y tres ácidos grasos.Son compuestos apolares, por lo que son insolubles en agua y forman con ello grandes gotas esféricas en el citoplasma celular. Los niveles de triglicéridos en sangre, por sí solos no brindan datos suficientes sobre el riesgo de enfermedades coronarias sino que tiene que ser corroborada con las sub-fracciones de colesterol sérico (Colesterol HDL y LDL). La esterificación es de gran importancia, ya que es la reacción que emplean las células para fabricar sus grasas y acumularlas como sustancias de reserva; después pueden descomponerlas por la reacción inversa de hidrólisis, que es catalizada por las enzimas denominadas lipasas, que liberan el glicerol y los ácidos grasos para seguir descomponiéndolos y así obtener la energía requerida. A las lipasas también se les encuentra en los jugos digestivos de los animales. 
La acción detergente de los jabones se debe a su tendencia a formar micelas. En la superficie, al contacto con el agua, quedan los extremos iónicos de la sal, grupos carboxilo ionizados, mientras las cadenas hidrofóbicas apolares se orientan hacia el centro, atrapando partículas insolubles, como restos de suciedad o gotas de grasa.La principal función de los lípidos es la de servir de reserva energética a las células a las que suministran ácidos grasos como combustible, que proporcionan más energía que los glúcidos y las proteínas. También son impermeabilizantes y buenos aislantes térmicos en los animales, en cuyo tejido adiposo se acumulan. En algunos animales de ambientes muy fríos este tejido adquiere un gran desarrollo en su pelaje o en su plumaje, además es constituyente del panículo adiposo.En la ingesta de alimentos normalmente se encuentra una combinación de ácidos grasos saturados e insaturados. Los ácidos grasos saturados son más difíciles de utilizar por el organismo, ya que sus posibilidades de combinarse con otras moléculas están limitadas por tener todos sus posibles puntos de enlace previamente utilizados o "saturados". Esta dificultad para combinarse con otros compuestos hace que sea difícil romper sus moléculas en otras más pequeñas para que atraviesen las paredes de los capilares sanguíneos y las membranas celulares. Es por ello que en determinadas condiciones los triglicéridos pueden acumularse formando placas en el interior de las arterias, condición que recibe el nombre de arterioesclerosis.CÉRIDOS Las ceras son moléculas que se obtienen por esterificación de un ácido graso con un alcohol monovalente lineal de cadena larga. Ej. cera de abeja. Son sustancias altamente insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se presentan sólidas y duras. En los animales las podemos encontrar en la superficie del cuerpo, piel, plumas, cutícula, etc. En los vegetales, las ceras recubren en la epidermis de frutos, tallos, junto con la cutícula o la suberina, que evitan la pérdida de agua por evaporación.
B) LÍPIDOS COMPLEJOS: Al igual que los lípidos son saponificables pueden contener fósforo (P), azufre (S), nitrógeno (N) u otras moléculas como la de carbohidratos.
FOSFOLÍPIDOS.- Están formados por cadenas de ácidos grasos unidos a un glicerol que contiene un grupo fosfato en su carbono. Este fosfato generalmente contiene otro grupo polar que frecuentemente contiene un átomo de nitrógeno con carga eléctrica positiva presentando así características anfipáticas. Al derivarse de la glicerina reciben el nombre de fosfoglicéridos y al producirse de la esfingosina adquieren el nombre de esfingolípidos.
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