Introducción a la Bioquímica

Origen de la vida

Teorías sobre el origen de la vida

• Oparin-Haldane (apoyada por Stanley Miller en la década de 1950): Después del Big Bang, la Tierra era tan caliente y lluviosa que disolvía todos los químicos necesarios para crear los aminoácidos.
• Panspermia: La vida llegó en asteroides y empezó a evolucionar en la Tierra.
• Creacionismo: La vida fue creada por un dios.

El carbono como elemento fundamental para la vida

¿Por qué el carbono?

Es el único elemento capaz de enlazarse a sí mismo en millones de cadenas, formando una gran variedad de moléculas orgánicas.

Antecedentes históricos

• Friedrich Wöhler (1828): Calentó cianato de potasio y obtuvo urea, demostrando que se podían sintetizar compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos.
• Jöns Jacob Berzelius: Propuso la teoría vitalista, que sostenía que era indispensable una «fuerza vital» para la formación de los compuestos orgánicos y que no se podían preparar fuera del organismo.

Estructura de los compuestos orgánicos

Teoría estructural

En 1858, August Kekulé y Archibald Couper desarrollaron la teoría de cómo se enlazaba el carbono consigo mismo, descubriendo que lo hacía de forma tetravalente y que los cuatro enlaces eran iguales. La teoría estructural que ellos manejaron plantea que, cualquiera que fuese la complejidad de la molécula orgánica, cada átomo de carbono tiene siempre la valencia de 4. Así también, el hidrógeno y los halógenos tienen valencia de 1, el oxígeno y el azufre de 2, y el nitrógeno de 3.

Composición de los compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos están formados principalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), aunque también pueden contener otros elementos como fósforo (P), azufre (S) y halógenos.

Hibridación del carbono

La hibridación del carbono es el proceso de mezcla de orbitales atómicos para formar nuevos orbitales híbridos con diferentes geometrías y energías. El carbono puede presentar tres tipos de hibridación: sp³, sp² y sp.

Isomería

Se llaman isómeros a los compuestos que tienen fórmulas moleculares idénticas pero los átomos están ordenados de distinto modo en la molécula. Según la diferente ordenación espacial de los átomos, se clasifican en varios tipos de isomería.

Tipos de isomería

• Isomería estructural o de cadena: Los compuestos que se agrupan en esta isomería tienen el mismo número y tipo de átomos, pero el orden de distribución de la estructura es diferente.
• Isomería de posición: La isomería de posición resulta cuando el grupo funcional o sustituyente, que está presente en la estructura, va variando de posición en la cadena del compuesto.
• Isomería funcional o de grupo funcional: Aquellas moléculas que tienen la misma fórmula común, pero los átomos que participan en la estructura están arreglados en distintas formas, de tal manera que presentan distinta función química.
• Isomería geométrica: Se produce por la falta de rotación o giro de los átomos en donde los enlaces o uniones forman estructuras rígidas y distintas. Se distinguen dos tipos: cis (mismo lado) y trans (otro lado).
• Isomería óptica o enantiomería: Se presenta cuando la molécula tiene un carbono asimétrico o quiral, es decir, un carbono unido a cuatro grupos diferentes. Los enantiómeros son imágenes especulares no superponibles entre sí. Se pueden distinguir utilizando un polarímetro.

Resolución de racematos

La resolución de racematos es la separación de cada uno de los enantiómeros que forman la mezcla racémica. Se puede llevar a cabo mediante diferentes métodos, como la cristalización, el método microbiológico o la cromatografía.

Biomoléculas

Carbohidratos

Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos (del griego σάκχαρον que significa «azúcar») son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional aldehído. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Otras biomoléculas energéticas son las grasas y, en menor medida, las proteínas. Fórmula de la glucosa: C₆H₁₂O₆. Fórmula de la fructosa: C₆H₁₂O₆. Algunos trastornos relacionados con el metabolismo de los carbohidratos son la hipoglucemia, la acidosis láctica y la hiperuricemia.

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα («prota»), que significa «lo primero» o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar. Las proteínas desempeñan diversas funciones en los seres vivos, como: estructural (colágeno y queratina), reguladora (insulina y hormona del crecimiento), transportadora (hemoglobina), inmunológica (anticuerpos), enzimática (sacarasa y pepsina) y contráctil (actina y miosina). La estructura de las proteínas se puede clasificar en cuatro niveles: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Aminoácidos

Un aminoácido, como su nombre indica, es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH₂) y un grupo carboxílico (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. Estos dos «residuos» aminoacídicos forman un dipéptido.

Estereoisómeros

Un estereoisómero es un isómero que tiene la misma fórmula molecular y la misma secuencia de átomos enlazados (los mismos enlaces entre sus átomos), pero difieren en la orientación tridimensional de sus átomos en el espacio.

Diastereoisómeros

Los diastereoisómeros o diastereómeros son una clase de estereoisómeros tales que no son superponibles pero tampoco son imagen especular uno del otro, es decir, no son enantiómeros.

Carbono asimétrico

Un carbono asimétrico o carbono quiral es un átomo de carbono que está enlazado con cuatro elementos diferentes.

Mezcla racémica

Una mezcla racémica es una solución que contiene cantidades iguales de dos enantiómeros y es ópticamente inactiva.

Hibridación del carbono

Comparación entre compuestos orgánicos e inorgánicos

Grupos funcionales