Bioquímica: Fundamentos y Conceptos Clave

Definición de Bioquímica

La Bioquímica es la ciencia que estudia la composición química de los seres vivos, prestando especial atención a las moléculas que componen las células y tejidos. Analiza los ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, carbohidratos y el resto de moléculas pequeñas que componen las células. También estudia las reacciones químicas que sufren esos compuestos y les permiten obtener energía y generar biomoléculas propias para comprender el metabolismo celular y procesos como la digestión, la fotosíntesis o la inmunidad. De hecho, la Bioquímica no solo estudia las biomoléculas, sino también las relaciones que se establecen entre sus componentes, sus transformaciones en los seres vivos y la regulación de esos procesos.

Equilibrio Ácido-Base y pH

Importancia del Equilibrio Ácido-Base

El equilibrio ácido-base es un proceso fundamental en la fisiología y la química, que mantiene el pH del cuerpo dentro de un rango estrecho y óptimo. Este delicado balance es crucial para el buen funcionamiento de los sistemas corporales.

Definición de pH

El pH (potencial de hidrógeno) es una escala que mide la acidez o alcalinidad de una solución entre 0 (muy ácido) y 14 (muy básico), con 7 como punto neutro.

Relevancia del pH en el Cuerpo Humano

El pH es crucial para el funcionamiento adecuado de los procesos fisiológicos en el cuerpo humano, como la digestión, la respiración y el metabolismo.

Mantenimiento del Equilibrio Ácido-Base

El cuerpo mantiene un equilibrio delicado entre ácidos y bases para preservar la salud. Un desequilibrio puede causar problemas graves.

Valores de pH en el Cuerpo y Factores Influyentes

• pH sanguíneo: 7.35-7.4 (rango normal).
• pH celular: Ligeramente ácido, alrededor de 6.5.
• pH y patologías: Un pH de 5.5 se asocia con condiciones como hongos, cáncer y otras enfermedades. Un descenso de un punto en el pH puede significar un 60% menos de oxígeno a nivel celular.
• Bebidas carbonatadas (sodas): pH aproximado de 2.6 (altamente ácido).
• Factores que alcalinizan: Ejercicio, dieta alcalina, dormir adecuadamente.
• Factores que acidifican: Deshidratación, insomnio, estrés, mala alimentación.
• Sistema tampón y calcio: El calcio de los huesos, en forma de fosfato cálcico, en exceso puede contribuir a la formación de cálculos renales y biliares, cataratas en los ojos y calcificación de las arterias.

Definición de Ácidos y Bases

Los ácidos son sustancias que liberan iones de hidrógeno (H+) en solución acuosa, mientras que las bases son sustancias que aceptan estos iones de hidrógeno.

Propiedades Características de Ácidos y Bases

• Los ácidos tienen un sabor agrio, cambian el color de los indicadores y pueden corroer metales.
• Las bases tienen un sabor amargo, son resbaladizas al tacto y neutralizan a los ácidos.

Regulación del pH en el Cuerpo

• Pulmones: Regulan el CO2 sanguíneo.
• Riñones: Regulan la eliminación de ácidos.
• Sistema buffer (tampones): Mantiene el pH en rangos normales.

Trastornos del Equilibrio Ácido-Base

Acidosis Metabólica

La acidosis metabólica ocurre cuando hay un exceso de ácidos en el cuerpo, causando un descenso del pH sanguíneo. Puede ser grave y provocar síntomas como náuseas, fatiga y confusión.

Alcalosis Respiratoria

La alcalosis respiratoria se produce cuando hay una pérdida excesiva de dióxido de carbono, elevando el pH sanguíneo. Suele causar mareos, temblores y parestesias.

Insuficiencia Renal y pH

Los problemas renales pueden alterar el equilibrio ácido-base al no poder eliminar adecuadamente los ácidos o regular los niveles de bicarbonato, lo que lleva a desequilibrios.

Importancia del pH Sanguíneo

El pH sanguíneo es una medida crucial de la salud, que indica el equilibrio ácido-base en el cuerpo. Mantener un pH sanguíneo estable y dentro del rango normal es esencial para el funcionamiento óptimo de los sistemas corporales.

• Regulación Vital: El pH sanguíneo juega un papel crucial en la salud, ya que mantiene el delicado equilibrio químico necesario para el funcionamiento adecuado de los órganos y tejidos.
• Función Celular: El pH óptimo del entorno celular es esencial para procesos como el transporte de oxígeno, la producción de energía y la división celular.
• Regulación Metabólica: Los riñones y los pulmones trabajan en conjunto para mantener el pH sanguíneo dentro de los límites normales, lo que es crucial para el metabolismo y la homeostasis.

Factores que Afectan el pH Sanguíneo

• Ingesta alimentaria
• Actividad física
• Enfermedad y medicamentos

Mecanismos de Regulación del pH Sanguíneo

• Función respiratoria: Los pulmones regulan el pH sanguíneo mediante el control del nivel de dióxido de carbono (CO2) a través de la respiración.
• Función renal: Los riñones regulan el pH sanguíneo a través de la excreción de iones de hidrógeno y la reabsorción de bicarbonato.
• Tampones sanguíneos: El sistema de tampones sanguíneos, como el sistema del ácido carbónico-bicarbonato, ayuda a mantener el pH en un rango estrecho.

Función de los Riñones en la Regulación del pH

Los riñones desempeñan un papel crucial en la regulación del pH sanguíneo. Mediante la filtración y excreción selectiva de sustancias ácidas y básicas, los riñones ayudan a mantener el equilibrio ácido-base en el cuerpo.

Los riñones desempeñan un papel crucial en la regulación del pH sanguíneo. Mediante la filtración y excreción selectiva de sustancias ácidas y básicas, los riñones ayudan a mantener el equilibrio ácido-base en el cuerpo.

Proteínas: Estructura y Clasificación

Estructura Secundaria de las Proteínas

• Hélices Alfa
• Láminas Beta
• Giros y Bucles

Clasificación de las Proteínas

Según su Función

• Estructurales: Colágeno, queratina.
• Enzimáticas: Catalizan reacciones (amilasa, pepsina).
• Hormonales: Como la insulina o la hormona del crecimiento.
• Defensivas: Anticuerpos del sistema inmunológico.
• De transporte: Hemoglobina (transporta oxígeno).
• Contráctiles: Actina y miosina (en los músculos).
• De reserva: Ovalbúmina (en el huevo), caseína (en la leche).

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción Enzimática

• Temperatura
• pH
• Concentración de sustrato
• Concentración de enzima

El Agua: Solvente Biológico Esencial

El agua es el solvente biológico ideal, esencial para todas las formas de vida. Desempeña funciones vitales en los procesos celulares y fisiológicos, como la regulación de la temperatura, el transporte de nutrientes y la eliminación de desechos.

Propiedades Únicas del Agua

• Polaridad
• Puentes de hidrógeno
• Calor específico
• Densidad

Agua y los Procesos Metabólicos

• Activación enzimática
• Transporte de nutrientes
• Regulación de temperatura

Carbohidratos: Energía y Estructura

Definición y Abundancia

Los carbohidratos son las biomoléculas más abundantes de la naturaleza. Representan más de la mitad de todo el carbono orgánico y 0.3% del peso corporal en el ser humano. Además, proporcionan de 50 a 60% de la energía consumida por un individuo.

Los carbohidratos son un grupo de biomoléculas orgánicas, entre las que se incluyen los azúcares, como la sacarosa, y los polisacáridos, como el almidón, el glucógeno y la celulosa, entre otros. En esencia, están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, en una proporción 1:2:1; por tanto, su fórmula general es C_n(H₂O)_n.

Clasificación de los Carbohidratos

Los carbohidratos se clasifican de acuerdo con el número de monómeros que contienen en monosacáridos (un monómero), oligosacáridos (de 2 a 10 monómeros unidos por enlace glucosídico) y polisacáridos (más de 10 monosacáridos unidos). Los monosacáridos, de acuerdo con su grupo funcional, se dividen en aldosas (polihidroxialdehídos) y cetosas (polihidroxicetonas). A su vez, de acuerdo con la cantidad de carbonos que contienen, se subdividen en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas (de 2 a 7 carbonos, respectivamente).

Metabolismo Energético: Glucólisis, ATP y Ciclo de Krebs

Vía Glucolítica: Etapas y Generación de ATP

¿Qué es la Glucólisis?

La glucólisis es una serie de reacciones que extraen energía de la glucosa al romperla en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. En los organismos que realizan respiración celular, la glucólisis es la primera etapa de este proceso. Sin embargo, la glucólisis no requiere de oxígeno, por lo que muchos organismos anaerobios —organismos que no utilizan oxígeno— también tienen esta vía.

Etapas de la Glucólisis

• Glucólisis: Es la primera etapa de la producción de ATP, donde la glucosa se descompone en piruvato, generando una pequeña cantidad de ATP.
• Fosforilación: En esta etapa, el piruvato se fosforila, lo que resulta en la formación de ATP adicional.
• Rendimiento: La glucólisis produce un total de 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa procesada.

Funciones de la Glucólisis

Las funciones principales de la glucólisis son simples: la obtención de energía bioquímica necesaria para los distintos procesos celulares. Gracias al ATP obtenido de la ruptura de la glucosa, numerosas formas de vida consiguen la energía para subsistir o para disparar procesos químicos mucho más complejos. Por eso, la glucólisis suele hacer de disparador o de detonador bioquímico de otros mecanismos mayores, como el ciclo de Calvin o el ciclo de Krebs. Tanto eucariotas como procariotas son practicantes de la glucólisis.

Definición e Importancia del ATP

El ATP (adenosín trifosfato) es una molécula compuesta por adenina (una base nitrogenada), ribosa (un azúcar de cinco carbonos) y tres grupos fosfato. El ATP es esencial para la transferencia y almacenamiento de energía en las células. La producción de ATP, la ‘moneda energética’ de la célula, es fundamental para el metabolismo celular. Este proceso involucra dos vías clave: la glucólisis y la fosforilación oxidativa, cada una con etapas y eficiencias energéticas distintivas.

El Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico, es una secuencia de reacciones químicas que se llevan a cabo en la mitocondria de las células eucariotas como parte de la respiración celular. También se le llama el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, porque el ácido cítrico posee tres grupos carboxílicos en su estructura.

Productos del Ciclo de Krebs

Cada ciclo de Krebs produce:

• 3 NADH (nicotinamida adenina dinucleótido reducida)
• 1 GTP (guanosintrifosfato)
• 1 FADH2 (flavin adenin dinucleótido reducido)
• 2 moléculas de dióxido de carbono