La bioquímica es una disciplina que estudia las sustancias químicas que componen la vida: azucares, proteínas, ácidos nucleicos... Mira su estructura, la interacción entre los componentes y cómo extrae la energía de su entorno, cómo se sintetizan las moléculas y las unidades biológicas, como se controlan las reacciones químicas en el interior de las células vivas, manera que almacena y transmite un organismo la información que necesita para crecer y reproducirse de la forma exacta.
Historia
La bioquímica surgió con Friedrich Wohler (1800-1882). Antes se creía que la materia inorgánica tenía diferentes componentes que la materia viva. Wohler consiguió generar urea a partir de una sustancia inorgánica, sal y cianato de amonio en una determinada temperatura. Las células necesitan amoniaco, pero cuando está en exceso, hay que expulsarlo, y eso se hace en la urea. Wohler puso así en evidencia uno de los principios del vitalismo, que decía que no hay relación entre materia inerte y la viva.
El vitalismo siguió defendiéndose pero contraatacó Eduard Buchner (1860-1917, premio Nobel), que de levadura muerta consiguió reproducir los procesos vitales de la levadura viva pasando así de glucosa a etanol pasando por piruvato y acetaldehido. Demostró así que se podían reproducir procesos biológicos vitales a partir de un tejido muerto.
El vitalismo se vio arrinconado y solo le queda que la materia viva no es igual aunque se pueden usar materias inorgánicas para estudiar procesos similares. Sin embargo, gracias a James B. Sumner (1887-1955, Nobel de química), que aisló una proteína (enzima) a partir de un organismo vegetal y logró cristalizarla. Se descubrió así que las proteínas también se pueden estudiar con las mismas técnicas con las que se estudia la materia inorgánica. Por lo que se averiguó que las enzimas tienen una estructura ordenada.
Todo esto llevó a que más tarde, con la cristalografía por la radiación de rayos X, Max Perutz (1914-2002, premio Nobel) determinase la primera mioglobina.
En abril de 1953 Watson y Crick publican su trabajo de la doble hélice del ADN.
Bloques o niveles moleculares sobre los que se sustentan la vida
Atendiendo al nivel atómico, aquellos elementos químicos que destacan en nuestra composición son C,H,O,N que poseen algunas características que les hacen especialmente adecuados para formar las moléculas de los seres vivos o biomoléculas (formar enlaces covalentes). Los elementos químicos presentes en nuestra composición química reciben el nombre de bioelementos.
Según su abundancia se dividen en:
- Bioelementos primarios que constituyen las moléculas de los seres vivos y representan el 99% de la masa celular. Son C,H,O,N (son los constituyentes básicos de las moléculas de los seres vivos).
- Biolementos secundarios: aparecen generalmente en forma iónica y constituyen alrededor del 0,7% del peso del ser humano. Destacan el Na, Cl y K (son los responsables de la creación de los gradientes de membrana necesarios para la transmisión del impulso nervioso), Ca (forma estructuras esqueléticas y participa en la contracción muscular) y el Mg (cataliza muchas reacciones químicas)
- Oligoelementos: Presencia en trazas (partes por millón). Se encuentra en cantidades muy pequeñas sin embargo, su ausencia conduce a la aparición de enfermedades carenciales. Algunos oligoelementos son: Fe (componente de las moléculas transportadoras de oxígeno como la hemoglobina), Mn(que actúa como catalizador en muchas reacciones químicas y participa en la fotolisis del agua) y el Cu y el Zn que actúan como cofactores de muchas enzimas.
Otra posible clasificación es dependiendo de su función:
- Estructurales: son la base del organismo. Son C,H,O,N,P,S
- Esquelética: confieren rigidez. Son Ca, Mg, P, Si, F
- Energéticas: forman parte de las moléculas energéticas. Son C,H,O,P
- Catalíticas: necesarios para que las enzimas sean funcionales. Son Fe, Mg, I, Cu, Co, Zn, Mo y Se.
- Osmótica y electrolítica: mantienen los fenómenos osmóticos y de potencial químico y electrostático. Son Na, K, Cl ( en forma iónica)
Los elementos químicos que forman la materia viva se combinan para dar lugar a moléculas más o menos complejas, que constituyen los seres vivos. Estas moléculas reciben el nombre de biomoléculas y se caracterizan por tener C,H,O,N.
Las biomoléculas orgánicas son exclusivas de la materia viva y se caracterizan por tener cadenas hidrocarbonadas. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Estas biomoléculas realizan una función dentro de los seres vivos que viene determinada por su forma y tamaño característico. Además son macromoléculas formadas por monómeros o sillares estructurales que se unen en reacciones de condensación dando lugar a dichas biomoléculas.
Ej) proteínas--- aminoácidos; ADN----nucleótidos.
Por último, son moléculas formadas por esqueletos hidrocarbonados derivados de los hidrocarburos. La sustitución de uno o más átomos de hidrógeno por otros átomos como el O y el N origina los distintos grupos funcionales.
El carbono
El carbono es el bloque básico para todas las formas de vida en la Tierra. Al presentar cuatro orbitales enlazantes dispuestos en forma de tetraedro permite que se puedan unir hasta cuatro átomos o grupos funcionales mediante enlaces covalentes fuertes. Estos enlaces confieren gran estabilidad a las moléculas de los seres vivos, permitiendo además la formación de moléculas tridimensionales con distintas propiedades.
Los átomos de carbono también pueden unirse entre ellos mediante enlaces sencillos, dobles y triples formando largas cadenas hidrocarbonadas. Los átomos de carbono forman dobles y triples enlaces con el oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y azufre dando lugar a los grupos funcionales.
¿Por qué no el nitrógeno? Porque a la hora de hibridarse, solo tiene 3 disponibles orbitales enlazantes.
¿Y por qué no el boro? Porque queda un orbital vacío y no puede hibridase y solo se forman 3 sp2.
¿Y la silicona?
Las uniones Si-Si son relativamente inestables y si el cuerpo fuese así, se harían todo el rato mutaciones. Cuando hay Si-O, los silicatos, son demasiado estables y no se harían reacciones. A la hora de formar una proteína condensamos caboxilo - amino del otro aminoácido. Y siempre se sigue la misma estrategia.
La diferencia entre células eucariotas y procariotas es la compartimentización, con un mayor orden. Por eso, los organismos evolucionados son eucarióticos.
*Las células hela son células humanas de cáncer de cuello de útero. Se llaman hela por la paciente de la que se consiguió, Henrienta Langs, y estas células están en casi todos los laboratorios. Hoy en día, las únicas células inmortales son las cancerígenas, siempre se están dividiendo
Impacto en la sociedad.
La Bioquímica ha tenido un gran impacto en la Sociedad. Un ejemplo de ello es el desarrollo del AZT que se usa para combatir el SIDA causado por un retrovirus (ARN). Es un inhibidor del ARNdirector de la síntesis del ADN de los virus. Tras la retrotranscripción (del ARN se pasa al ADN), el material genético se incluye en el genoma del linfocito. Entonces el AZT se inyecta en ese proceso bloqueándolo y por tanto el virus muere. El análogo del AZT es la Thymidina.
Otra aplicación del impacto de la bioquímica es el desarrollo del 6-mercaptopurina que se utiliza para el tratamiento de algunas leucemias bloqueando la copia del material genético. Es citotóxico para todas las células. El análogo de la 6-mercaptopurina es la hypoxanthine, que es un precursor de purina en el ADN y el ARN.
En el caso de la leucemia meroide crónica se produce un intercambio cromosómico entre los cromosomas 9 y 22. Donde se ha producido la unión del 22 y el fragmento del 9 hay una unión de dos genes. Uno codifica para un receptor citosina-quinasa (de membrana) y su efecto es enviar señales para que la célula se divida. Al pasar esta unión se genera una proteína de fusión y se dice constantemente a la célula que se divida. Lydon y Duker diseñaron una molécula que inhibía la proteína mutante y así la inactivaba y paraba la multiplicación de la célula tumoral.
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