1) Bioquímica: La Química de la Vida

La bioquímica es la ciencia que estudia la química de la vida, cómo se forman las estructuras, la organización y las funciones de la materia viva. En la materia viva se encuentran los bioelementos, que se clasifican según su presencia:

  • Primarios: Mucha cantidad (C, H, O, N, P, S)
  • Secundarios: 50% de la cantidad (Na, K, Ca, Mg, Cl)
  • Oligoelementos: Poca cantidad (Fe, Cu, Li, etc.)

Estos bioelementos pueden encontrarse dispersos o, a través de enlaces químicos, pueden formar biomoléculas. Se clasifican en:

  • Gases
  • Biomoléculas inorgánicas: Pueden contener carbono o no, y se encuentran en materia viva o inerte (agua y sales minerales).
  • Biomoléculas orgánicas: Siempre contienen carbono y solo están presentes en organismos vivos y sus restos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

Bioelementos

Forman parte de la materia viva y se incluyen en la tabla periódica. Existen aproximadamente 70 bioelementos, y 30 son esenciales para los seres vivos. Están presentes en la materia viva y en la inerte, pero en proporciones muy diferentes. Según la proporción, se clasifican en:

  • Bioelementos primarios
  • Bioelementos secundarios
  • Oligoelementos (pueden ser esenciales o no esenciales)

Enlaces Químicos

Enlaces intramoleculares

  • Enlace covalente: Enlace químico por excelencia, formado entre no metales (NM+NM). Es el enlace más fuerte, permite la formación de moléculas estables, hace posible la diversidad molecular. Los cuatro bioelementos primarios (C, H, O y N) son los más ligeros capaces de formar enlaces covalentes, y son la base estructural de los compuestos orgánicos (cadenas carbonadas).
  • Enlace iónico: Formado entre un metal (M) y un no metal (NM), mediante la transferencia de electrones del metal al no metal (M->NM). Se encuentran en:
    • Proteínas: Si no estuvieran presentes, alteraría su estructura tridimensional, perdiéndose sus propiedades biológicas.
    • Estructuras cristalinas: Forman caparazones o esqueletos.
    • Uniones de aniones y cationes inorgánicos a moléculas orgánicas, para reacciones.

Enlaces intermoleculares

  • Puentes de hidrógeno (PDH): Interacciones entre moléculas, uniéndose el átomo de hidrógeno de una con un átomo más electronegativo de la otra. Son menos fuertes que los enlaces intramoleculares, implican reacciones reversibles y uniones transitorias entre células. Son esenciales en:
    • La doble hélice del ADN
    • La unión de moléculas de agua
    • La estructura tridimensional de proteínas
  • Fuerzas de Van der Waals: Muy débiles, pero contribuyen al mantenimiento de la estructura de algunos compuestos como las enzimas.

Bioelementos Primarios

Son los más abundantes, constituyen el 97-99% de la materia viva.

Propiedades

  • Capas electrónicas incompletas que les permiten hacer enlaces covalentes.
  • Número atómico bajo, haciendo que los electrones compartidos estén más cerca del núcleo y las moléculas presenten gran estabilidad.
  • Algunos se encuentran formando parte de biomoléculas pequeñas que se incorporan o se liberan al medio externo, asegurando el intercambio.
  • El oxígeno y el nitrógeno son electronegativos, por ello muchas biomoléculas serán polares y solubles en agua. Esto es imprescindible para que tengan lugar las reacciones bioquímicas fundamentales de la actividad vital.

Composición fundamental

  • Carbono (C): Es el elemento con mayor facilidad para formar moléculas complejas estables. Está presente en glúcidos, lípidos y proteínas.
  • Hidrógeno (H) y Oxígeno (O): Forman el agua, que es indispensable para la vida.
  • Nitrógeno (N): Forma parte del grupo amino (NH2) de las proteínas y también se encuentra en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
  • Fósforo (P): Forma parte de ácidos nucleicos y algunos lípidos, y forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).
  • Azufre (S): Forma parte de aminoácidos (metionina) y está presente en otras moléculas (coenzima A).

“El Carbono es el componente de la vida”: El carbono presenta cuatro orbitales libres con electrones desapareados dispuestos de forma tetraédrica, que permite:

  • La formación de enlaces covalentes con otros átomos de carbono: que origina cadenas estables y espacialmente complejas. Estas moléculas son características de los seres vivos (moléculas orgánicas).
  • La formación de enlaces covalentes con átomos distintos: dando lugar a grupos funcionales que al interaccionar entre sí constituyen la base química de la actividad vital. Son:
    • Hidroxilo (alcoholes)
    • Carbonilo (cetonas o aldehídos)
    • Carboxilo (ácidos)
    • Éster (éster)
    • Amino (amina)
    • Ion fosfato (éster fosfórico)

Bioelementos Secundarios

Están presentes en menor proporción que el grupo anterior, pero desempeñan funciones vitales muy importantes y su carencia puede provocar trastornos. Cabe destacar:

  • Ca2+: Interviene en la contracción muscular y la coagulación de la sangre.
  • Mg2+: Forma parte de la clorofila de las plantas.
  • Cl–, K+, Na+: Importantes en la transmisión de impulsos nerviosos.

Oligoelementos

Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%, pero son imprescindibles para el funcionamiento del organismo, porque desempeñan funciones esenciales en diferentes procesos bioquímicos y fisiológicos. En la mayoría de los organismos se encuentran: Fe, Mn, I, Cu, Zn, Ni y Co. Solo en grupos concretos se encuentran: Si, F, Cr, Li, B, Mo y Al. Cabe destacar:

  • Fe: Forma parte de la hemoglobina, que es la proteína de los glóbulos rojos que transporta el oxígeno. Sin él, la hemoglobina no puede incorporar el oxígeno y moriríamos.
  • Co: Forma parte de la proteína B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.
  • I: Forma parte de la hormona tiroidea, que es importante para el metabolismo.
  • Cr: Actúa en el metabolismo de la insulina, que ayuda a regular la cantidad de glucosa en sangre.