Bio Qui Mica

5/28/2018 Bio Qui Mica

1/327

http://MedicoModerno.Blogspot.co


2/327

http://MedicoModerno.Blogspot.com


3/327



4/327

Edicin: Lic. Daisy Bello lvarezDiseo interior y cubierta, emplane e ilustracin: D.I. Jos Manuel Oubia Gonzlez

Lidia Cardell Rosales, 2007 Sobre la presente edicin: Editorial Ciencias Mdicas, 2007

Editorial Ciencias MdicasCalle I No 202 esquina a Lnea, El VedadoCiudad de La Habana10400, CubaCorreo electrnico:[email protected]: 832 5338, 838 3375

Cardell Rosales, Lidia. Bioqumica humana/Lidia CardellRosales y colaboradores. La Habana:Editorial Ciencias Mdicas, 2007. XIV., 332 p.: il., tab.

Bibliografa al final del libro.ISBN 959-212-238-3

QU 4

1. BIOQUIMICA/educacin



5/327

AutoresDra. Lidia Cardell Rosales

Doctora en Ciencias Biolgicas. Profesora de Mrito.Especialista de II Grado en Bioqumica Clnica. Profesora TitularConsultante del Departamento de Bioqumica de la EscuelaLatinoamericana de Medicina de La Habana (ELAM).

Dr. Rolando Hernndez FernndezEspecialista de II Grado en Bioqumica Clnica. Profesor Titulardel departamento de Bioqumica del Instituto de Ciencias BsicasVictoria de Girn, ISCM-H.

Dra. Celia Upmann Ponce de LenDoctora en Ciencias Mdicas. Especialista de I Grado en BioqumicaClnica. Profesora Titular Consultante del departamento de Bioqumicadel Instituto de Ciencias Bsicas Victoria de Girn, ISCM-H.

Dr. Agustn Vicedo TomeyDoctor en Ciencias Mdicas. Especialista de II Grado en BioqumicaClnica. Profesor Titular del departamento de Bioqumica del Instituto deCiencias Bsicas Victoria de Girn, ISCM-H.

Dr. Simn Sierra FigueredoMSc. Educacin Mdica Superior. Especialista de II Grado enBioqumica Clnica. Profesor Titular de la Vicerrectora de desarrollo delISCM-H.

Dra. Estrella Rubio BernalEspecialista de II Grado en Bioqumica Clnica. Profesora Auxiliar deldepartamento de Bioqumica de la Escuela Latinoamericanade Medicina de La Habana (ELAM).

Dr. Ral Fernndez RegaladoDoctor en Ciencias Mdicas. Especialista de II Grado en BioqumicaClnica. Profesor Titular del Instituto de Ciencias Bsicas Victoria de Girn.



6/327

. . . yo s que la palabra Bioqumica produce determinados reflejos

condicionados en nuestros estudiantes. Y cuando los vemos

traumatizados por la Bioqumica, horrorizados por la Bioqumica,

decimos: Cmo es posible, siendo tan interesante, tan maravillosa y

tan til la Bioqumica?

Fidel Castro Ruz



7/327

ndice

La ciencia bioqumicay la disciplina Bioqumica/ 1

Objeto de estudio de la bioqumica/ 1La disciplina Bioqumica en el plan de estudio dellicenciado en enfermera/ 2Categoras, principios y conceptos generales/ 2

Categoras/ 2Principios/ 3Conceptos generales/ 4

Habilidades intelectuales/ 4Mtodo de estudio de la bioqumica/ 6Resumen/ 7Ejercicios/ 7

Agrupaciones derivadas/ 13Hemiacetales/ 13Acetales/ 14steres/ 14ter/ 15Tioster/ 15Amida/ 15

Anhdrido de cido/15Isomera/ 16Isomera estructural/ 16Isomera espacial/ 17Series estricas D y L/ 19Conformaciones distintas de las molculas/ 20Agua como disolvente en los organismos vivos/ 21cidos y bases/ 21Resumen/ 24Ejercicios/ 24

Introduccin al estudiode las biomolculas/ 9

Caractersticas generales de las biomolculas / 9Enlaces qumicos/ 10

Enlace inico/ 10Enlace covalente/ 10

Interacciones dbiles/ 10Puente de hidrgeno/ 11Interacciones hidrofbicas/ 11Interacciones electrostticas/ 11Fuerzas de Van der Waals/ 11Grupos funcionales presentes en las biomolculas/ 11Grupo hidroxilo / 12Grupo carbonilo/ 12Grupo carboxilo/ 12Grupo sulfidrilo/ 13Grupo amino/ 13Amidas/ 13

Estructura y funcin de los precursoresde macromolculas/ 27

Aminocidos/ 27Funciones de los aminocidos/ 30Clasificacin de los aminocidos/ 30Propiedades elctricas de los aminocidos/ 31Interacciones entre grupos de las cadenaslaterales(R) de los aminocidos/ 32Enlace peptdico/ 32

Monosacridos/ 33

Funciones de los monosacridos/ 36Formacin del enlace glicosdico/ 36

Nucletidos/ 37Clasificacin de los nucletidos/ 38Funcin de los nucletidos/ 38

Nomenclatura de los nucletidos/ 39Formacin del enlace fosfodister/ 39

Resumen/ 40Ejercicios/ 41



8/327

Estructura y funcinde los lpidos/ 43

Clasificacin de los lpidos/ 43cidos grasos/ 44

Ceras/ 46Acilgliceroles/ 46Fosftidos de glicerina/ 47Esfingolpidos/ 48Terpenos/ 49Esteroides/ 49

Funciones de los lpidos/ 50Membranas biolgicas/ 51

Componentes de las membranas biolgicas/ 51Mecanismos de transporte/ 52


Efecto del pH/ 85Efecto de la temperatura/ 85

Inhibicin enzimtica/ 85Efecto de los inhibidores/ 85

Regulacin enzimtica/ 87Regulacin alostrica/ 88Modificacin covalente/ 89Isoenzimas/ 90

Organizacin de las enzimas/ 91Cofactores enzimticos/ 92

Coenzimas y vitaminas/ 92Resumen/ 97Ejercicios/ 98

Protenas/ 57

Pptidos y protenas/ 57Estructura de los pptidos/ 58

Importancia biomdica/ 58Estructura de las protenas/ 59

Nivel primario/ 59Nivel secundario/ 59Nivel terciario/ 61Nivel cuaternario / 63

Relacin estructura-funcin/ 63Propiedades de las protenas/ 67

Desnaturalizacin/ 67Propiedades fsico-qumicas/ 68


Biocatalizadores/ 71

Reacciones qumicas y catalizadores/ 71

Sistemas biocatalticos/ 75Mecanismo bsico de accin de las enzimas/ 75Centro activo/ 76

Clasificacin y nomenclatura de las enzimas/ 78Clasificacin/ 78

Nomenclatura/ 79Cintica de las reacciones enzimticas/ 81

Efecto de la concentracin de la enzima/ 82Efecto de la concentracin de sustrato/ 82Efecto de la concentracin de cofactores/ 84

Respiracin celular/ 99

Las necesidades energticas del organismo/ 99Fuentes de energa/ 100

Reacciones de oxidacin-reduccin/ 101Energa asociada a las reacciones redox/ 102

La hidrlisis de las macromolculas/ 103Formacin de los metabolitos comunes/ 103Va degradativa final comn: la respiracin celular/ 104Introduccin al metabolismo celular/ 104

Vertientes del metabolismo/ 104Vas metablicas/ 105Aspectos generales de la regulacin del metabolis-mo: Regulacin de una va metablica/ 107

La mitocondria/ 108Estudio de los procesos metablicos/ 108

Ciclo de Krebs/ 109La cadena respiratoria/ 116Cadena transportadora de electrones/ 116

Complejos de la cadena transportadora de electro-nes/ 119Aspectos generales de la regulacin de la velocidaddel transporte de electrones/ 121

La fosforilacin oxidativa/ 123La estructura del complejo de la ATP sintetasa/ 124La teora quimioosmtica/ 125Mecanismo de la fosforilacin oxidativa/ 125Factores que controlan la respiracin celular/ 126

Resumen/ 127

Ejercicios/ 131

Metabolismode los glcidos/ 133

Homeostasis de la glucemia/ 133Digestin y absorcin de los glcidos de la dieta/ 133



9/327

Entrada de la glucosa a los tejidos y su fosforilacininicial/ 136

Glucognesis/ 137Glucogenlisis/ 141Gluclisis/ 143Gluconeognesis/ 149

Incorporacin de otras hexosas a la va glucoltica/ 153Incorporacin de la manosa a la va glucoltica/ 154

Incorporacin de la galactosa a la va glucoltica/ 154Incorporacin de la fructosa a la va glucoltica/ 155Ciclo de las pentosas/ 156Especificidades hsticas en el metabolismo de losglcidos/ 157

Alteraciones del metabolismo de los glcidos/ 158Glucogenosis/ 158


Metabolismo de compuestosnitrogenados de bajo peso

molecular/ 199

Protenas de la dieta comn/ 200Necesidades cuantitativas y cualitativas de prote-nas/ 200Digestin de las protenas/ 200Digestibilidad de las protenas/ 203Absorcin intestinal de los aminocidos/ 203Reacciones metablicas generales de losaminocidos/ 208

Encefalopata heptica/ 216Sndrome ictrico/ 217

Formacin y metabolismo de la bilirrubina/ 217Causas de la ictericia/ 219Clasificacin de las ictericias/ 220

Metabolismo de la ictericia / 220Resumen/ 221Ejercicios/ 222

Integracin y regulacindel metabolismo/ 223

La regulacin del metabolismo/ 223La integracin del metabolismo/ 224

La integracin y regulacin metablica en el

organismo/ 227Tipos de comunicacin intercelular/ 228Hormonas/ 228


El metabolismoen situaciones especficas/ 239

Cerebro/ 240

Msculo esqueltico/ 240Corazn/ 242Tejido adiposo/ 242Hgado/ 243Rin/ 244

Adaptaciones metablicas en el ayuno/ 244Adaptaciones metablicas en el ejercicio fsico/ 247Adaptaciones metablicas en la diabetes mellitus/ 251


Metabolismode los lpidos/ 165

Digestin y absorcin de los lpidos de la dieta.Papel de las sales biliares en la digestin de loslpidos/ 165

Digestin/ 165Absorcin/ 168Liplisis/ 169Oxidacin de los cidos grasos/ 169Transporte de cidos grasos a la mitocondria/ 170

Cuerpos cetnicos/ 174Cetognesis/ 175Cetlisis/ 177

Lipognesis/ 178Biosntesis de los cidos grasos/ 178Regulacin de la sntesis de cidos grasos enmamferos/ 182

Formacin de los triacilgliceroles/ 184El colesterol. Su importancia y fuentes para elorganismo humano/ 185

Biosntesis del colesterol/ 185Regulacin de la sntesis de colesterol/ 187

Las lipoprotenas/ 188Clasificacin de las lipoprotenas/ 188

Receptores de las lipoprotenas/ 189Sistemas enzimticos que participan en el metabo-lismo de las lipoprotenas/ 189Metabolismo de las lipoprotenas/ 189Metabolismo de las lipoprotenas y ateroesclerosis/ 191

La obesidad. Tipos de obesidad y sus consecuencias/ 192Causas de obesidad/ 193Prevencin y tratamiento/ 194

Resumen/ 195Ejercicios / 197



10/327

cidos nucleicos/ 259

cidos ribonucleicos/ 259cidos ribonucleicos de transferencia (ARNt)/ 260cidos desoxiribonucleicos (ADN)/ 261

Genes eucariontes/ 263Expresin de la informacin gentica/ 268Regulacin de la expresin de la informacingentica/ 273Conservacin de la informacin gentica/ 275

Las mutaciones/ 275Las enfermedades moleculares/ 276Resumen/ 279

Ejercicios/ 280

Control del pH sanguneo/ 281

Mecanismos reguladores del pH sanguneo/ 281

Sistemas amortiguadores/ 281

Mecanismos respiratorios/ 283

Mecanismos renales/ 283

Alteraciones del equilibrio cido-bsico/ 284

Clasificacin/ 284Medidas teraputicas bsicas/ 285

Resumen/ 285

Ejercicios/ 286Nutricin/ 287

Dieta, alimentos nutrientes. Funciones de losnutrientes/ 287Requerimientos energticos en el ser humano/ 288Valor calrico de los nutrientes. Factores Atwater/ 292

Las protenas en la dieta humana/ 292Los glcidos en la dieta humana/ 297Los lpidos en la dieta humana/ 298Vitaminas en la dieta humana/ 298Los minerales en la dieta humana/ 301

Recomendaciones dietticas/ 305Alteraciones nutricionales/ 306

Kwashiorkor/ 306Marasmo nutricional/ 307

Resumen/ 307Ejercicios/ 308Bibliografa/ 309



11/327

Prlogo

L a Enfermera, que fuera calificada por nuestro apstol Jos Mart, comola ms noble de las ocupaciones, es adems una de las profesionesms antiguas del mundo. La preparacin organizada de este personal se inicia

en Cuba en los finales del siglo XIXcon el propsito de mejorar la calificacin

de los enfermeros.

En 1976 comenz en Ciudad de La Habana el primer curso de Licenciatura

en Enfermera, que permiti elevar el nivel cientfico tcnico de estos profesio-

nales al poner al alcance de los mismos el nivel universitario de enseanza.

Actualmente esta carrera se cursa en todas las facultades de Ciencias Mdi-

cas del pas.

Cuando la Enfermera pas a convertirse en profesin universitaria, se incluy

la disciplina Bioqumica como parte del plan de estudio de esta especialidad,aunque en esos momentos los cursantes no disponan de un texto especial-

mente preparado para este perfil y deban emplear los que fueron elaborados

para otras carreras, con los inconvenientes de su falta de especificidad.

El presente libro ha sido elaborado teniendo en cuenta las necesidades parti-

culares de la especialidad de Licenciatura en Enfermera, tomando como base

el programa vigente de la disciplina Bioqumica para esta carrera universitaria

y con el propsito explcito de brindar al estudiante la posibilidad de apropiar-

se de los conocimientos de esta disciplina de una forma orientada y aplicada,en correspondencia con los objetivos declarados en el programa. Si estos

propsitos se logran nos sentiremos plenamente satisfechos.

Los autores



12/327

La ciencia bioqumica

y la disciplina Bioqumica

a bioqumica es la ciencia que estudia las bases moleculares de la vida; por loque se ocupa de la composicin qumica de la materia viva, la relacin

estructura-funcin de las molculas caractersticas de los seres vivos

(biomolculas), as como de las transformaciones qumicas que se llevan a

cabo en dichos organismos (metabolismo) y los mecanismos moleculares que

intervienen en la regulacin de tales transformaciones.

La bioqumica es una ciencia relativamente nueva, ya que se reconoce

como tal a inicios del siglo XXy de hecho el trmino bioqumica se emple por

vez primera en el ao 1903. La bioqumica ha contribuido al desarrollo de

otras especialidades biolgicas, particularmente las biomdicas.

Numerosos aportes de la bioqumica han desempeado un papel destaca-

do en los logros experimentados en las ciencias mdicas, entre estos la cabal

comprensin de las causas moleculares de numerosas enfermedades, el desa-rrollo de variadas tcnicas para el diagnstico, as como el fundamento para

la elaboracin de ciertos medicamentos en el tratamiento de determinadas afec-

ciones son ejemplos de la aplicacin directa de la bioqumica a la medicina.

De ah la importancia de su estudio para los profesionales de las ciencias

mdicas.

Objeto de estudio de la bioqumica

La bioqumica y en especial la bioqumica humana se ocupa del estudio de:

1. La relacin estructura-funcin de las biomolculas.

2. Las organizaciones supramacromoleculares que constituyen la base de lasestructuras celulares, los tejidos y el organismo.

3. Los mecanismos de accin de los biocatalizadores.

4. Las bases moleculares de la conservacin, transferencia y expresin de la

informacin gentica.

5. Los procesos metablicos celulares, su especificidad hstica y los meca-

nismos reguladores de los mismos.

6. Las alteraciones bioqumicas que son causas, complicaciones o acompa-

an diversas enfermedades.

L



13/327

2 Bioqumica Humana

La disciplina Bioqumica en el plan de estudio

del licenciado en enfermera

La ciencia bioqumica es muy amplia, la disciplina Bioqumica constituye la parte

de la ciencia bioqumica que se imparte en una especialidad o carrera especfica. La

disciplina Bioqumica, para la Licenciatura en Enfermera, tiene el propsito de proveer

a los alumnos de los contenidos bsicos generales de esta ciencia aplicables al ser hu-mano, y en lo posible debe estar dirigida hacia los intereses de su perfil profesional, as

como contribuir a la concepcin cientfica del mundo, a la consolidacin de los valores

ticos y morales de la sociedad, con un profundo sentido humanista y acorde con el

desarrollo de un pensamiento cientfico. Para elaborar los planes y programas de esta

disciplina se tiene en cuenta:

a) Prestar atencin preferencial a los aspectos ms generales de esta especialidad, con

el propsito de brindar al estudiante en el menor contenido posible, una visin ac-

tualizada y lograr que se apropien de los mtodos y procedimientos que lo faculten

para el anlisis y la interpretacin de los fenmenos bioqumicos.

b) Promover un aprendizaje activo, aplicando mtodos que contribuyan a formar un

pensamiento creador en los alumnos, que los prepare para incorporar nuevos cono-

cimientos de forma independiente.

c) Abordar de forma integral el estudio de los procesos celulares, concibiendo a la

clula como unidad funcional de los seres vivos.

d) Hacer un nfasis especial en la importancia biolgica de los fenmenos bioqumicos,

dedicando especial atencin a su relacin con los aspectos clnicos, preventivos y de

promocin de salud.

e) Utilizar las posibilidades que brinda esta ciencia, para contribuir a la concepcin

materialista del mundo y a la formacin de valores morales en los estudiantes en

consonancia con los intereses de nuestra sociedad.

Categoras, principios y conceptos generales

La disciplina Bioqumica, como toda ciencia, implica un sistema de conocimientos.

Este sistema incluye conceptos y leyes de variados grados de generalizacin, desde los

ms particulares que se aplican solamente a aspectos especficos de la especialidad, hasta

los ms generales que son de aplicacin a una gran parte o a toda la disciplina. En los

conocimientos de mayor grado de generalizacin que se aplican a toda la disciplina se

incluyen las categoras, los conceptos generales y los principios.

Categoras

Son conceptos centrales que abarcan a toda la ciencia. Las categoras en la disciplina

Bioqumica son:

Las biomolculas: Son formas de organizacin de las diversas molculas especficas

de la materia viva. Reflejan el carcter material de los constituyentes de los seres vivos.

La biocatlisis:Refleja las caractersticas de todas y cada una de las transformacio-

nes catalizadas por enzimas que ocurren en los organismos vivos: Incluye su fundamento

energtico, la eficiencia y especificidad, as como su regulacin.

La biotransduccin:Refleja los mltiples procesos biolgicos que implican la con-

versin de un tipo de energa en otra, as como los mecanismos ntimos mediante los

cuales se producen.



14/327

Captulo 1.La ciencia bioqumica y la disciplina Bioqumica

La bioinformacin: Refleja la propiedad de los seres vivos de mantener, reproducir y

expresar, mediante mecanismos diversos, las caractersticas propias de su especie, funda-

mento de un atributo esencial de los organismos vivos, la autoperpetuacin.

Las biotransformaciones: Incluyen el conjunto de reacciones qumicas biocatalizadas

mediante las cuales se realiza el intercambio de sustancia, energa e informacin de los

seres vivos con el medio, es decir, el metabolismo, atributo esencial de la vida.

PrincipiosLos principios son leyes de carcter universal que se cumplen para toda la

bioqumica:

Del recambio continuo: El intercambio continuo de sustancia, energa e informacin

con el medio circundante es una condicin indispensable para la existencia de la vida.

De la organizacin de las macromolculas: Conforman este principio todas las ca-

ractersticas que son comunes a las macromolculas, como su condicin de polmeros de

precursores sencillos, la unin estable de tipo covalente entre estas, la relacin estructura-

funcin, el carcter informacional, entre otras.

De la multiplicidad de utilizacin: Se refiere a que cada biomolcula desempea,

como regla, diversas funciones. Esta diversidad de funciones disminuye a medida queaumenta la complejidad de dichas biomolculas.

De la mxima eficiencia: Los procesos que se llevan a cabo en los organismos vivos

son reacciones catalizadas por enzimas las cuales son muy especficas y eficientes, ello

condiciona que se formen el mayor nmero posible de molculas del producto sin que se

formen otros productos colaterales.

De la mxima economa:Se refiere ala existencia de eficientes mecanismos de regu-

lacin los cuales garantizan que los distintos procesos se lleven a cabo en la medida en que

los productos que se forman son requeridos y, utilizando su ptimo aprovechamiento por

el organismo.

De los cambios graduales: Los procesos bioqumicos que se llevan a cabo en los

organismos vivos se producen por pequeos cambios estructurales de los sustratos inicia-

dores y variaciones energticas discretas en cada etapa, aunque al final del proceso el

producto puede ser marcadamente diferente del sustrato inicial.

De la interrelacin:Cada uno de los componentes del organismo, cada reaccin o

proceso metablico que ocurre en el organismo se encuentra estrechamente vinculado con

el resto de forma directa o indirecta, de modo que todos los procesos metablicos estn

relacionados entre s.

Del acoplamiento:Los productos formados en una determinada reaccin o ruta

metablica y la energa liberada suelen ser utilizados para el funcionamiento de otra que

depende de este suministro para lo cual pueda llevarse a cabo.

De la reciprocidad de las transformaciones:En las transformaciones bioqumicas se

constata como una regularidad, que si a partir de un sustrato determinado se forma un

cierto producto, la reaccin inversa, generalmente, es tambin posible. Ocurre por

reversibilidad de una reaccin y a veces por la participacin de reacciones diferentes

catalizadas por otras enzimas.

De la transferencia de informacin: La transmisin de las caractersticas estructura-

les y funcionales de las biomolculas, necesaria para el mantenimiento de la especie, se

produce por la capacidad de ciertas macromolculas de presentar carcter informacional

capaz de garantizar la copia exacta de dichas biomolculas mediante complejos proce-

sos genticos.



15/327

4 Bioqumica Humana

Conceptos generales

Son elementos de conocimientos o nociones generales que se aplican a gran parte o a

la totalidad de la disciplina, aunque no alcanzan el nivel de categoras. Los conceptos

generales de la bioqumica constituyen pares dialcticos los cuales resultan inseparables

para su interpretacin y comprensin; estos son:

Estructura-funcin: Este concepto refleja la relacin entre dos aspectos esenciales de

los componentes constituyentes de los seres vivos, es decir, que a la organizacin estruc-tural de cada componente corresponde una funcin,lo cual es vlido desde el nivel molecular

hasta el de organismo.

Conformacin-transconformacin: Refleja la propiedad que tienen ciertas bio-

molculas de presentar varios estados conformacionales interconvertibles, relacio-

nados con actividades diferentes y que ocurren en respuesta a ciertas condiciones del

entorno.

Sustrato-producto: Lastransformaciones que ocurren en los organismos vivos con-

sisten, en esencia, en la conversin cataltica de sustancias conocidas como sustratos en

productos; en una va metablica formada por varias reacciones ordenadas, ocurre que el

producto de una reaccin deviene en sustrato de la siguiente.

Inhibicin-activacin:Las transformaciones bioqumicas que ocurren en los or-

ganismos se pueden encontrar activadas o inhibidas, ello responde a condiciones es-

pecficas del medio. Como regla, la activacin o inhibicin se provoca por el efecto de

mecanismos de regulacin sobre, al menos, alguna enzima que interviene en la va

metablica.

Anabolismo-catabolismo:Constituyen las dos grandes vertientes del metabolis-

mo. El anabolismo representa los procesos biosintticos responsabilizados con la for-

macin de los componentes del organismo y requieren energa. El catabolismo, por el

contrario, representa los procesos degradativos de los cuales se obtiene energa

metablicamente til. Aunque son procesos contrarios ambos funcionan coordinada y

armnicamente as; los productos formados en el catabolismo son frecuentemente

precursores de vas anablicas y la energa liberada en el primero son utilizadas para

suplir los requerimientos del segundo.

Medio-bioelemento:El trmino bioelemento se refiere a todo ente biolgico, desde

una biomolcula a un organismo completo y el de medio, a todo lo que, no siendo el

bioelemento en cuestin, se relaciona directa o indirectamente con este.

A medida que se avance en el estudio de la disciplina bioqumica, el lector puede

comprender mejor tanto las categoras como los principios y conceptos generales, ya que

se aplica y van poniendo de manifiesto.

Habilidades intelectuales

En el proceso enseanza-aprendizaje resulta esencial el dominio de las habilida-

des lgico-intelectuales. El sistema de operaciones lgicas para el logro de las habili-

dades necesarias para el estudio de la bioqumica se presenta de forma resumida a

continuacin:

Definir:

a) Precisar las caractersticas necesarias y suficientes del objeto o fenmeno.

b) Considerar las relaciones de subordinacin.

c) Distinguir lo especfico de la clase o subclase.



16/327


Identificar:

a) Analizar las caractersticas del objeto o fenmeno.

b) Determinar lo esencial.

c) Verificar si el objeto o fenmeno posee todas las caractersticas necesarias y suficientes.

Describir:

a) Identificar.

b) Relacionar los rasgos identificados con los conocimientos que se tienen.c) Destacar las caractersticas fundamentales.

Comparar:

a) Definir e identificar.

b) Seleccionar los elementos que tipifican al objeto, fenmeno o proceso.

c) Establecer sus nexos o relaciones.

d) Destacar lo comn y lo diferente en los objetos, fenmenos o procesos a comparar.

Clasificar:

a) Definir e identificar los objetos, fenmenos o procesos.

b) Seleccionar los elementos que los tipifican.c) Seleccionar los criterios de clasificacin.

d) Agrupar los elementos segn el criterio de seleccin.

Explicar:

a) Identificar, clasificar, determinar las caractersticas esenciales y relacionarlas entre

s con la situacin analizada.

b) Debe responder a las preguntas: para qu?, cundo?, cmo?, dnde? por qu?

y debe destacarse la relacin causa-efecto.

Fundamentar:

a) Dar razones que apoyen un planteamiento (en sentido positivo, lo contrario sera

refutar).b) Defender un punto de vista con argumentos que lo justifiquen.

c) Incluye las habilidades: definir, comparar, identificar.

Analizar:

a) Definir el objeto, fenmeno o proceso que se ha de analizar.

b) Identificar los componentes estructurales del sistema (objeto, fenmeno o proceso).

c) Identificar las propiedades y funciones correspondientes a cada uno de los compo-

nentes estructurales.

d) Establecer las relaciones entre la estructura, propiedades y funciones de cada uno

de los componentes.

e) Describir la forma en que se relacionan los diferentes componentes del sistema.f) Determinar la manera en que la estructura, la funcin y la forma de relacin de los

componentes contribuyen a la estructura y funcin del sistema (objeto, fenmeno o

proceso).

Interpretar:

a) Descomponer el todo en sus partes.

b) Determinar nexos o relaciones esenciales atribuyndoles significados.

c) Determinar las relaciones entre objeto-fenmeno y/o proceso



17/327

6 Bioqumica Humana

Mtodo de estudio de la bioqumica

En toda disciplina existen distintos niveles para la adquisicin de un conocimiento:

el de reconocimiento, el reproductivo, el aplicativo y el creador. En la disciplina Bioqumica

para estudiantes universitarios se deben alcanzar al menos los tres primeros niveles, es

decir, el reconocimiento, el reproductivo y el aplicativo.

Es conveniente aclarar que el trmino reproductivo no se refiere a una reproduccin

mecnica y memorstica sino a la capacidad del estudiante de exponer, como resultado

del anlisis individual y de la sntesis, los aspectos esenciales de un fenmeno estudiado.

Para lograr alcanzar las etapas reproductiva y aplicativa en los distintos contenidos de la

bioqumica debe emplearse el mtodo de estudio apropiado de esta disciplina.

Algunas reglas generales de este mtodo son:

a) El primer requisito para apropiarse de un conocimiento, es tener la certeza de que

se ha logrado su cabal comprensin, para ello debe realizarse el anlisis de todos

los factores involucrados y tener en cuenta el orden y jerarquizacin de estos;

cuando corresponda, se establece la relacin con otros conocimientos ya adquiri-

dos y si fuera posible se intenta realizar una comparacin entre todos, destacando

lo que presenten en comn y lo que los diferencia. Seguidamente se procede a

representar con frmulas qumicas o con el auxilio de esquemas, modelos, tablas

o grficos, de acuerdo con el caso, las nociones fundamentales de cada aspecto

estudiado. Ello le permite apropiarse del conocimiento sin necesidad de realizar

un esfuerzo memorstico y el conocimiento as adquirido tiene una mayor calidad

y durabilidad.

b) A continuacin se intenta definir cada uno de los conceptos involucrados en el

asunto estudiado, reproduciendo de forma independiente: esquemas, modelos, fr-

mulas, etc., de acuerdo a la temtica de la cual se trate.

c) Al estudiar estructuras qumicas debe lograr distinguir las caractersticas comunes

a todas y las que son privativas de cada una, realizando una comparacin siempre

que sea pertinente.

d) Cuando se trate de un proceso bioqumico, debe precisarse su funcin, su impor-

tancia biolgica y analizar la transformacin que se lleva a cabo en cada reaccin,

lo que le permite apropiarse del conocimiento ntegro a partir de los compuestos

iniciales. En cada proceso estudiado, se debe ser capaz de explicar su: significacin

biolgica segn el tejido, localizacin celular y, en el organismo, interrelacin con

otros procesos, as como sus enzimas reguladoras principales y sus mecanismos de

regulacin

e) Deben conocerse los objetivos de cada actividad docente, sea evaluativa o no, lo

que indica la habilidad que debe alcanzar.

f) Ha de seguirse atentamente las orientaciones para el estudio independiente que hace

el profesor y realizar los ejercicios del texto relacionados con el tema estudiado.g) Conviene efectuar una autoevaluacin o una confrontacin entre distintos estudian-

tes de los contenidos estudiados, para determinar lo realmente aprendido y dejar

claro lo que an no se domina suficientemente, as como puntualizar los aspectos

que necesitan ser aclarados con su profesor en la consulta docente.

h) En Bioqumica, para la comprensin y asimilacin de un tema se requiere, el domi-

nio de los precedentes ya que guardan una relacin ms o menos directa. De lo que

se infiere la necesidad del estudio diario de esta disciplina.



18/327


Resumen

La disciplina Bioqumica en los planes y programas de estudio de los profesionales

de las ciencias mdicas debe plantear el estudio de los aspectos bsicos de esta cien-

cia, aplicados al ser humano y vinculados a los aspectos mdicos.

Los niveles de reconocimiento, reproductivos y aplicativos deben ser alcanzados para

los contenidos de la disciplina Bioqumica de pregrado. En los elementos de conoci-mientos ms generales de la bioqumica se incluyen las categoras, los principios y

conceptos generales que abarcan a toda la disciplina.

El dominio de las habilidades intelectuales es un requisito fundamental para el co-

rrecto aprendizaje de la disciplina Bioqumica.

La asimilacin de la Bioqumica requiere de un mtodo apropiado en el que la cabal

comprensin del asunto que se ha de estudiar, el anlisis, la comparacin, la genera-

lizacin y la integracin desempean un papel determinante. Por la estrecha vincu-

lacin existente entre los distintos temas de cada asignatura, el estudio sistemtico es

una necesidad insoslayable.

Ejercicios

1. Explique la diferencia existente entre la ciencia y la disciplina Bioqumica.

2. Fundamente la necesidad de la inclusin de la disciplina Bioqumica en los planes de

estudio de la Licenciatura en Enfermera.

3. Enuncie el concepto de categora y principio para la disciplina Bioqumica y mencio-

ne, al menos, 3 categoras y 3 principios de dicha disciplina.

4. Enuncie 4 reglas necesarias que se han de tener en cuenta para el correcto estudio y

aprendizaje en la disciplina Bioqumica.

5. Fundamente por qu es imprescindible el estudio sistemtico de esta disciplina.

6. Cite los distintos niveles para la adquisicin de un conocimiento y mencione los que seexigen en el aprendizaje de la bioqumica en pregrado.



19/327

Introduccin al estudio

de las biomolculas

Las biomolculas son las molculas especficas de los seres vivos. Aunque for-mando parte de los seres vivos se encuentran, tambin, sustancias de natura-leza inorgnica.

A pesar de estar constituidas fundamentalmente por un grupo pequeo detomos: carbono (C), nitrgeno (N), oxgeno (O), hidrgeno (H), y en menorcantidad, fsforo (P) y azufre (S) las biomolculas presentan una gran diver-sidad estructural la cual est relacionada con su funcin.

En el presente captulo se revisan, someramente, algunos aspectos rela-cionados con los principales grupos funcionales, enlaces e interacciones pre-sentes en las biomolculas ya que su conocimiento previo resulta fundamentalpara la cabal comprensin de la estructura y propiedades de las biomolculas.Tambin se tratan las propiedades del agua, que le confieren su capacidad de

solvente universal en los organismos vivos, as como las caractersticas decidos y bases, y de las soluciones tampones o amortiguadoras del pH.

Caractersticas generales de las biomolculasLas biomolculas estn formadas principalmente por: carbono, hidrge-

no, oxgeno y nitrgeno unidos por enlaces covalentes. Adems, algunas con-tienen azufre y fsforo, entre otros elementos y existen en un grado variable

de complejidad.Las biomolculas se pueden agrupar de acuerdo con su tamao y compleji-

dad en: molculas sencillas, de relativo bajo peso molecular, como los aminocidos,

los monosacridos, los cidos grasos, los nucletidos, y en molculas de alto pesomolecular, macromolculas, formadas por la polimerizacin de algn tipo demolcula sencilla: de este modo las protenas son polmeros de aminocidos; lospolisacridos, lo son de monosacridos y los cidos nucleicos, de nucletidos. La

mayora de los lpidos, aunque no constituyen macromolculas, presentan estruc-turas complejas integradas por la asociacin de molculas sencillas diversas. Pararealizar el estudio de las biomolculas es necesario comprender previamente losenlaces principales que mantienen unidos a los tomos que la forman, los princi-

pales grupos funcionales y las agrupaciones moleculares presentes.



20/327

10 Bioqumica Humana

Enlaces qumicosLos enlaces qumicos que constituyen las fuerzas interatmicas que permiten la

formacin de molculas pueden ser inicos o covalentes.

Enlace inico

Es un enlace de tipo electrosttico, que se forma por la transferencia de unelectrn desde un tomo de baja energa de ionizacin hasta uno de alta afinidad

electrosttica. Los iones as formados son atrados electrostticamente y de esta

forma se establece el enlace en la molcula. Las molculas que presentan este tipo

de enlace forman cristales inicos, son slidos, buenos conductores de la electrici-

dad, solubles en agua o solventes polares y poseen elevados puntos de fusin y

ebullicin.

Por ejemplo: El tomo de sodio (Na) posee baja energa de ionizacin, su

tendencia es a perder un electrn de su ltima capa y forma el ion Na+. Por el

contrario el cloro (Cl) posee alta afinidad electrosttica y su tendencia es a captar

un electrn y completar 8 electrones en su ltima capa (regla del octeto), y forma

el ion Cl-

, el Na+

y el Cl-

, se atraen electrostticamente formando el cloruro desodio Na+Cl-, liberndose gran cantidad de energa.

Enlace covalenteEl enlace covalente se produce por el compartimiento de electrones entre to-

mos. Los electrones compartidos forman el orbital molecular y se produce cuando

interactan electrones no pareados con spin opuestos. El enlace covalente puedeser apolar si los electrones comparten igualmente entre s los electrones: pero si unode los tomos posee mayor electroafinidad y atrae con ms fuerza hacia s los

electrones compartidos, el enlace es covalente polar.Ejemplo: Es apolar en el caso del tomo de hidrgeno (H

2), pues cada H atrae

con igual intensidad los electrones y es apolar en la molcula de agua (H2O) dondeel oxgeno atrae ms hacia s los electrones, ello explica que la molcula de agua

constituya un dipolo (Fig. 2.1).Fig. 2.1. Representacin del modelo de lamolcula de H

2O como dipolo.

Interacciones dbilesAdems de los enlaces inicos o covalentes, entre los tomos pueden estable-

cerse otras fuerzas intermoleculares dbiles que tienen importancia en el manteni-

miento de las estructuras espaciales de las macromolculas. Entre las interaccionesdbiles de importancia en las biomolculas estn los puentes de hidrgeno, lasuniones salinas, las interacciones hidrofbicas y las fuerzas de Van der Waals.



21/327

Captulo 2. Introduccin al estudio de las biomolculas 1

Puente de hidrgenoLos puentes de hidrgeno se establecen entre un tomo de hidrgeno que est unido a

un elemento muy electronegativo y con radio inico pequeo (como el oxgeno y el nitr-geno) y que es atrado por un segundo elemento con caractersticas similares, de maneraque el hidrgeno queda compartido entre los dos tomos electronegativos. En estas condi-ciones el tomo de H se encuentra casi desposedo de su electrn y se comporta como un

H

+

. El puente de hidrgeno puede formarse entre molculas diferentes y entre molculasiguales. Entre las interacciones dbiles el puente de hidrgeno es una de las ms fuertes.Estas interacciones son fundamentales en el mantenimiento de los niveles estructuralessuperiores de protenas y cidos nucleicos. Un ejemplo se puede apreciar en el H

2O y

tambin entre grupos OH y NH2en algunas molculas.

Interacciones hidrofbicasLas interacciones hidrofbicas se producen cuando grupos qumicos o molculas

apolares se encuentran en un medio acuoso; en esas condiciones estos grupos tienden aasociarse entre s para ofrecer la menor superficie de contacto posible al medio polar. Esta

atraccin de las cadenas apolares, como las hidrocarbonadas de los aminocidos apolares

son de gran importancia en el mantenimiento de la estructura espacial de las protenas.

Interacciones electrostticasConocidas como uniones salinas, se establece entre iones cuando estos se encuentran

en disolucin. De este modo, si dos iones poseen carga opuesta, se atraen y tienden a

acercarse, mientras que si poseen carga igual se repelen y, por tanto, tienden a alejarse.

Entre grupos bsicos con carga positiva y grupos cidos con carga negativa se presenta

una fuerza de atraccin electrosttica. Este tipo de interaccin contribuye al mantenimien-

to de la estructura espacial de las protenas.

Fuerzas de Van der WaalsSon fuerzas electrostticas transitorias que se establecen entre los electrones de la

envoltura de unos tomos y los ncleos de otros, lo que provoca deformacin momentnea

de las nubes electrnicas y la aparicin de un dipolo de carcter transitorio. Estos dipolos

originan fuerzas de atraccin entre los grupos o molculas vecinas.Las fuerzas de Van der Waals son importantes en el mantenimiento de la estructura

tridimensional de las protenas y los cidos nucleicos.

Grupos funcionales presentes en las biomolculasEn las biomolculas se encuentran diversos grupos funcionales entre los que se pue-

den citar: el hidroxilo (OH), el carbonilo (CO), el carboxilo (COOH), el amino (NH2), el

sulfidrilo (SH), entre otros.



22/327

12 Bioqumica Humana

Grupo hidroxiloLos compuestos que poseen este grupo se conocen como alcoholes. Estos se clasifi-

can en primarios, secundarios o terciarios en dependencia del tipo de tomo de carbonoal que se encuentran unidos. En forma abreviada se representan R-OH. Se nombran al

aadir el sufijo olal nombre del hidrocarburo correspondiente. Un ejemplo de alcoholes el etanol.

El grupo hidroxilo puede reaccionar con diferentes compuestos y formar diversas

agrupaciones derivadas. El grupo hidroxilo (OH) se encuentra en varios tipos debiomolculas, como en azcares y algunos aminocidos, entre otras.

Grupo carboniloLa funcin carbonilo (CO) puede existir en dos formas: aldehdo si esta funcin se

encuentra en un carbono primario, y cetona, si est en un carbono secundarioLos aldehdos se nombran por la adicin del sufijo al al nombre del hidrocarburo

correspondiente y si se trata de una cetona se le adiciona el sufijo ona.

Los monosacridos y sus derivados son biomolculas que poseen en su estructura ungrupo aldehdo o cetona.

Grupo carboxiloEl grupo carboxilo caracteriza a los cidos orgnicos. Su estructura se representa de

manera abreviada como COOH. Su nomenclatura sistmica se obtiene por la adicin delsufijo oicoal nombre del hidrocarburo correspondiente, aunque frecuentemente al com-

puesto que posee este grupo se les conoce por su nombre trivial.El grupo carboxilo est compuesto por un grupo carbonilo y un hidroxilo



23/327


El grupo carboxilo se encuentra en los aminocidos y en los cidos grasos, entre otras

biomolculas y les confiere carcter cido a compuestos que lo poseen. Interviene ennumerosas reacciones y en la formacin de diversos enlaces e interacciones .

Grupo sulfidriloEl grupo sulfidrilo (SH), conocido tambin como mercaptn o tiol se encuentra en

varias biomolculas como aminocidos y vitaminas, entre otras.

Grupo aminoEl grupo amino se encuentra ampliamente distribudo en la naturaleza formando parte

de diversas biomolculas, como en los aminocidos, cidos nucleicos, aminoazcares,entre otras.

En dependencia del nmero de sustituciones de los H del grupo amino, se est enpresencia de una amina primaria, secundaria o terciaria:

El grupo amino se comporta como una base debido a que el tomo de nitrgeno poseeun orbital bielectrnico no compartido por el que puede coordinarse con un H+y formarun amonio cuaternario; este ltimo grupo en disolucin se comporta como un cido dbil.

Por deshidrogenacin de las aminas primarias se forman las iminas, las que poseen undoble enlace entre el C y el N.

Agrupaciones derivadasLos grupos funcionales presentes en las biomolculas son capaces de reaccionar entre

s y originar nuevas agrupaciones moleculares, las cuales poseen mayor complejidad ypresentan caractersticas propias.

HemiacetalesLos hemiacetales se forman al reaccionar un grupo carbonilo (aldehdo o cetona) con

un alcohol. En la formacin de este enlace no se pierde ningn tomo, solo se produce una

AmidasCuando el grupo OH de los cidos carboxlicos es reemplazado por un grupo amino

se origina una amida



24/327

14 Bioqumica Humana

reorganizacin de estos ; como aspecto a resaltar est el cambio de un doble enlace C=O

a un enlace simple C-O. Esta agrupacin es muy importante en los monosacridos en losque al formarse un hemiacetal interno las molculas forman un ciclo.

AcetalesLos acetales se forman al reaccionar un hemiacetal con un grupo OH. En la forma-

cin de este enlace se pierde una molcula de agua.El enlace acetal es el que se encuentra en ciertos azcares derivados y es tambin el

tipo de enlace que une los monosacridos para originar oligosacridos y polisacridos; enestos ltimos casos se le conoce como enlace glicosdico.

steresLos enlaces de tipo steres se forman al reaccionar un cido con un alcohol con

prdida de una molcula de agua. Estos enlaces se pueden formar entre cidos y alcoholesdistintos, dando lugar a la formacin de steres con algunas caractersticas diferentes. Porsu importancia en la constitucin de las biomolculas se analizan dos tipos de steres: loscarboxlicos y los fosfricos.

steres carboxlicosSe forman entre un grupo COOH y un alcohol. Los steres carboxlicos pueden en-

contrarse en distintos tipos de biomolculas como los acilgliceroles y otros tipos de lpidos.

steres fosfricos

Se forman al reaccionar un cido fosfrico y un alcohol con prdida de una molcula

de agua.Los monosacridos reaccionan con el cido fosfrico formando diversos steres

fosfricos, que tienen gran importancia en el destino metablico de este tipo debiomolcula.



25/327


Es posible que un ster fosfrico ya formado reaccione con otro grupo OH y forme un

enlace fosfodister o dister fosfrico, enlace que es el que une a los nucletidos paraformar los cidos nuclicos.

terEste enlace se forma al reaccionar dos grupos alcoholes con prdida de una molcula

de agua. Se encuentra en un tipo de lpidos: los plasmalgenos.

TiosterLos enlaces tiosteres, enlaces de alto contenido energtico (liberan gran cantidad

de energa libre al ser hidrolizados) se forman cuando reacciona un grupo carboxilo conun grupo SH, con prdida de una molcula de agua.

Los derivados tiosteres de los cidos orgnicos y particularmente de los cidos grasos

son compuestos fundamentales de diversas vas metablicas.

AmidaLas amidas se forman al reaccionar un grupo carboxilo con uno amino con prdida de

una molcula de agua. El enlace de tipo amida sustituida es el que une a los aminocidospara formar los pptidos y las protenas, en ese caso se le conoce como enlace peptdico y

sus caractersticas y propiedades son objeto de estudio con mayor detalle en el captulo deprecursores de macromolculas.

Anhdrido de cidoEl anhdrido de cido se forma cuando reaccionan dos cidos, que pueden ser iguales

o diferentes, con prdida de una molcula de agua, como ejemplo, el caso de la reaccin dedos cidos fosfricos.



26/327

16 Bioqumica Humana

Estos enlaces son enlaces de alto contenido energtico, se encuentran en los nucletidos

y su hidrlisis est ligada a la liberacin de energa til para la clula. En otras ocasiones se

forman anhdridos mixtos, en los que intervienen dos grupos cidos diferentes; tambin

los anhdridos mixtos constituyen enlaces de alto contenido energtico.

No debe confundirse el enlace anhdrido de cido fosfrico con el enlace ster

fosfrico ni con el fosfodister.

Es frecuente que en las mismas biomolculas se encuentren ms de un grupo

funcional, tal es el caso de los monosacridos que contienen un grupo carbonilo y

varios hidroxilos o de los aminocidos en los que existen, al menos, un grupo amino y

un carboxilo. Por otra parte tambin es frecuente encontrar diversas agrupaciones

derivadas en una misma biomolcula, un ejemplo de ello son algunos tipos de lpidos

(fosftidos de glicerina) en los que se encuentran enlaces de tipo ster carboxlico yster fosfrico; o un nucletido con enlaces N-glicosdicos, enlace ster fosfrico y

del tipo de anhdrido de cido. Todo ello contribuye a la inmensa diversidad de las

biomolculas.

La diversidad de estas molculas tambin se incrementa por el hecho de pueden

existir en distintas formas isomricas.

IsomeraSon ismeros los compuestos que poseen la misma frmula global, pero presentan

propiedades distintas. La isomera se debe a que la distribucin de los tomos y el tipo de

enlace que se establece determina las propiedades de las molculas y estas no puedeninferirse de su frmula global; los ismeros se diferencian en su estructura o en su confi-guracin, o en ambas caractersticas, es por ello que la isomera se clasifica en estructuralo plana y la espacial o estereoisomera. A continuacin se revisan las principales caracte-rsticas de cada tipo.

Isomera estructuralSe debe a diferencias en la estructura de los distintos ismeros y puede ser de 3 tipos:

de cadena, de posicin y de funcin.

Isomera de cadena

Este tipo de isomera estructural se debe a la disposicin distinta que pueden adoptarlos tomos de carbono en las cadenas carbonadas.



27/327


Isomera de posicin

Esta variante de isomera estructural se debe a la existencia de compuestos cuya

nica diferencia consiste en la posicin que ocupa un determinado grupo funcional en lacadena.

Isomera de funcin

Son ismeros de funcin los que poseen grupos funcionales diferentes a pesar depresentar una misma frmula qumica. Un ejemplo lo constituyen el alcohol etlico y el

ter metlico, ambos con C2H

6O como frmula.

Isomera espacialEste tipo de isomera la presentan aquellos compuestos que se diferencian en su con-

figuracin espacial. Esta isomera comprende dos grupos principales: isomera geomtricae isomera ptica.

Isomera geomtrica

Ocurre cuando en una molcula estn presentes dobles enlaces o anillos, los tomosinvolucrados en estas estructuras tienen ciertas restricciones en los giros, la rotacin delos tomos de carbono est limitada y debido a esto la posicin de los grupos sustituyentes

unidos a ellos queda fijada en el espacio, a uno u otro lado del anillo o doble enlace. Deesta manera el buteno-2 puede existir en dos configuraciones geomtricas.

Como puede apreciarse la disposicin de los grupos sustituyentes unidos a los tomosde carbono en el ismero cis se disponen hacia el mismo lado del doble enlace y hacialados distintos en el ismero trans. Ambos tipos de ismeros se pueden encontrar en lasbiomolculas.

Isomera ptica

La isomera ptica se presenta en los compuestos que poseen algn centro de asimetray se manifiesta por la capacidad que tienen estos ismeros de desviar el plano de vibracin



28/327

18 Bioqumica Humana

de la luz polarizada, hacia la derecha o hacia la izquierda. La actividad ptica se determina

experimentalmente por medio de un equipo conocido como polarmetro (Fig. 2.2).

Fig. 2.2. Esquema de las partes de unpolarmetro.: prismas polarizadores, pris-mas analizadores, ocular, escala angular,fuente de luz monocromtica y tubo paracolocar la muestra a analizar.

Fig. 2.3. Frmulas espaciales de D y Lcido lctico, donde se evidencia queambas estructuras carecen de plano desimetra y no pueden superponerse.

El centro de asimetra que es causa de la actividad ptica se explica debido a que lasmolculas carecen de planos o centros de simetra y su configuracin es tal que no pueden

superponerse.

La causa ms frecuente de asimetra en las biomolculas es la presencia de los carbo-nos quirales o carbonos asimtricos, es decir, los carbonos cuyas cuatro valencias estnsustituidas por grupos diferentes. La cantidad de ismeros pticos de una molcula sepuede calcular segn 2n, donde n es igual al nmero de carbonos asimtricos presentes.

Como ejemplo se tiene el caso del monosacrido de 4 tomos de carbono cuya estruc-tura es la siguiente:

Esta molcula posee 2 carbonos asimtricos que son los marcados en negrita, aplican-do la frmula, se puede deducir que existiran 22= 4 ismeros pticos y son los siguientes:



29/327


Las 4 especies (a, b, c y d), son todos ismeros pticos, es decir, son estereoi-smeros entre s; adems, la a) con respecto a la b) y la c) con respecto a la d) sonenantimeros (o antpodas pticos), por ser una la imagen ante el espejo de la otra; la

(a en relacin con la c) y la d) y en general cada especie en relacin con las que no sonsus enantimeros, son diastereoismeros. Los ismeros pticos que solo se diferen-cian en la disposicin de un grupo y son idnticas con respecto a todos los otros, se

conocen como epmeros. Para el caso que se analiza, las formas a) y b) son epmeroscon respecto a la c) y a la d); y la c) y d) lo son con respecto a la a) y b).

Los enantimeros no difieren en sus propiedades fsicas ni qumicas, con excepcinde su actividad ptica; pero sus propiedades biolgicas pueden variar grandemente. Los

diastereoismeros se diferencian, adems de su actividad ptica, en la mayora de suspropiedades fsicas y biolgicas y en determinadas propiedades qumicas.

La mezcla equimolecular de los enantimeros se denomina mezcla racmica yno presenta actividad ptica.

Series estricas D y LUtilizando al gliceraldehdo como molcula de referencia se han establecido las

series estricas D y L. Para ello se representa al gliceraldehdo con el grupo aldehdohacia arriba y el OH del gliceraldehdo dextrgiro hacia la derecha y se le asigna la serie

D y el OH del gliceraldehdo levgiro hacia la izquierda y se le asigna la serie L.

Al comparar la disposicin de determinados grupos funcionales unidos a carbonos

asimtricos de los ismeros pticos de diversos compuestos, con la del OH de cada

gliceraldehdo, se establece la serie L o D de dicho compuesto. As para el caso de los

aminocidos el grupo a comparar es el a amino, cuando el aminocido se representa con

su grupocarboxilo hacia arriba, coincidiendo con el grupo aldehdo del gliceraldehdo.

El aminocido representado en a) es un D aminocido ya que su grupoamino se dispone

hacia el mismo lado del OH del D gliceraldehdo, en tanto que el aminocido representado

en b) es un L aminocido pues su grupoamino est ubicado hacia el mismo lado que el

OH en el L gliceraldehdo.



30/327

20 Bioqumica Humana

En el caso de los monosacridos, las series se establecen por la comparacin de la

disposicin del OH unido al carbono quiral ms alejado del grupo carbonilo con la del OHdel D y L gliceraldehdo .

El poder rotatorio real de un compuesto determinado por el polarmetro no tiene quecorresponder con la serie D o L a que pertenezca. De esta forma el aminocido L glutmicoes dextrgiro, mientras que la L leucina es levgira; la D glucosa es dextrgira y la D

fructosa es levgira. Recurdese que la rotacin especfica se determina experimental-mente en un polarmetro en tanto que la serie se determina por la comparacin del com-puesto en cuestin con una molcula de referencia, el gliceraldehdo.

Conformaciones distintas de las molculasA las distintas disposiciones que pueden adoptar los tomos en una molcula como

consecuencia de rotaciones de uno o ms enlaces simples, se conoce como conformacio-nes y no debe confundirse con los ismeros.

Las rotaciones que pueden efectuarse en un enlace simple estn restringidas por eltamao y carga elctrica de los tomos unidos al carbono. Un ejemplo de las distintasconformaciones se aprecian en el caso del etano, molcula que puede existir en dosconformaciones (escalonada o eclipsada), aunque la primera es la ms estable. Las

diferentes conformaciones de una molcula representan simplemente posiciones queadoptan los tomos al rotar sobre un enlace simple y debido a que las barreras energ-ticas son muy bajas, no constituyen sustancias diferentes que puedan ser aislables.



31/327


Agua como disolvente en los organismos vivosEl agua es la sustancia ms abundante en los organismos vivos, tanto en el interior de las

clulas como en los lquidos extracelulares y en general en todos los fluidos biolgicos, yaque constituye el disolvente principal de las biomolculas. Las propiedades fsicas y qumi-cas del agua posibilitan esta importante funcin: su elevado punto de ebullicin, su bajopunto de fusin, su alta constante dielctrica y su gran capacidad calrica.

El agua es una molcula dipolar y puede establecer numerosos puentes de hidrgenoentre s; cada molcula de agua puede asociarse a otras tres o cuatro por medio de lospuentes de hidrgeno lo que le confiere propiedades caractersticas.

La ionizacin del agua cumple la siguiente ecuacin:

2 H2O H

3O++ OH-

o simplificadamente:

H2O H++ OH-

La constante de disociacin del H2O es igual a:

Ka = [OH- ] [H+] / [H2O] 1)

De donde se puede despejar:

Ka [H2O] = [OH-] [H+] 2)

Ka[H2O]es el producto inico del agua y su valor es de 1 x 10-14

La aplicacin del logaritmo negativo a la ecuacin 2) dara:

- log (1 x 10-14) = - log [H+] + (- log [OH-])

pero pH = - log [H+] y

pOH = - log [OH-]

efectuando, y sustituyendo, se tiene:

pH + pOH = 14 3)

El pH mide el ndice de acidez de una disolucin y el pOH el ndice de basicidad.El agua pura tiene un pH de 7 (neutro), condicin en que la concentracin de H +y de

OH-es igual, es decir, [H+] = [OH-]; si en una disolucin existe un predominio de [H+] conrelacin a la de [OH-] el valor de pH es menor que 7 (cido); por el contrario, si la concen-tracin mayor es la de OH-, el valor del pH es superior a 7 y el medio es alcalino o bsico. El

pH del agua se modifica, si se le adiciona una sustancia cida o alcalina.

cidos y basesBronsted y Lowrydefinieron a los cidos como las sustancias que ceden protones, y

bases a las que los captan; la especie cida forma un par con su base conjugada, comopuede apreciarse seguidamente:



32/327

22 Bioqumica Humana

Para esta reaccin se puede definir su constante de disociacin (Ki), que consiste en la

reaccin de disociacin cida que es Ka , por tanto:

Como es fcil inferir de esta relacin: a mayor valor de la [Ka] mayor es [H+] y

significa que la especie es un cido ms fuerte; por el contrario, valores bajos de Ka

corresponden a [AH] mayores, en ese caso la especie es un cido ms dbil o una

base ms fuerte. A un cido ms fuerte le corresponde una base conjugada dbil y

viceversa.

Despejando [H+] en la ecuacin 1) y reordenando, se tiene:

y aplicando logaritmo a ambos miembros de la ecuacin:

Cambiando el signo a ambos lados de la ecuacin:

Pero :

Por definicin:

- log Ka = pKa y - log de [ H+] = pH, sustituyendo en 2):

donde A-corresponde a la forma disociada del grupo, y AH a la no disociada. Es obvio que

dada la definicin de pK, a menor pK ms fuerte ser el cido y viceversa.La ecuacin 3) conocida como de Henderson Hasselbach, constituye tam-

bin la ecuacin de las soluciones buffer o tampn, la funcin de estas soluciones

es la preservacin del pH del medio y por su trascendencia se tratan someramente

aqu.

Un buffer (o tampn o amortiguador del pH) est constituido por una mezcla de un

electrlito fuerte con uno dbil, por ejemplo un cido dbil con su sal, como en el caso del

buffer acetato, entonces:



33/327


La mezcla as formada del cido y su sal y donde el ion comn es CH3- COO-, es

decir, el ion acetato, constituye el buffer acetato. En este caso el electrlito dbil es el

cido, que se disocia poco y, por tanto, predomina en la forma no disociada (CH3- COOH);en tanto que su sal, el acetato de socio es el electrlito fuerte y est prcticamente toda

en su forma disociada, es decir, en forma de ion acetato: CH3- COO-. Por ello, el

CH3- COOH ser la reserva cida y proteger el pH contra la adicin de bases, mien-

tras que el CH3- COO- es la reserva alcalina y protege al pH contra la adicin de cidos.

La ecuacin de Henderson Hasselbachse conoce tambin como la ecuacin de los

buffers y para estos casos suele escribirse as:

donde el pK corresponde al pK del cido y el pH del buffer depende de la relacin de las

concentraciones de la sal y el cido. Un buffer es ms eficiente, si las concentraciones de

la reserva cida y la alcalina son similares, y ello se cumple con valores de pH cercanos al

valor del pK del cido. Para fines prcticos se acepta que un buffer es eficiente con

valores de

pH = pK del cido 1

Utilizando el buffer acetato como ejemplo, se analiza la respuesta ante adiciones de

un cido como el HCl. La reserva alcalina reacciona:

CH3-COO-+ H+(Cl) CH

3- COOH

con lo que el pH del medio no cambia

Si por el contrario se aade un lcali como el hidrxido de sodio, NaOH, reacciona la

reserva cida:

CH3- COOH + OH-(Na) H

2O + Na+CH

3- COO-

y de esta forma el pH tampoco cambia.

Un solo grupo disociable puede actuar como un buffer, para lo cual intervienensu forma disociada y no disociada, es decir, el cido y su base conjugada. De hecho

es as como funcionan los grupos disociables de las protenas en su funcin

amortiguadora del pH.

En la sangre y en otros fluidos biolgicos y en general en todas las clulas vivas es

fundamental el mantenimiento del pH dentro de ciertos lmites, que permitan el normal

desarrollo de las reacciones del metabolismo y ello se garantiza por la existencia de diver-

sos sistemas buffers.



34/327

24 Bioqumica Humana

ResumenLas biomolculas son las molculas especficas de los seres vivos; en su estructurapredominan los tomos de C, H, O y N, y en menor medida el P y el S, entre otros.Los grupos funcionales ms frecuentes en las biomolculas son el hidroxilo (OH),primario, secundario o terciario; el carbonilo (CO), que puede ser aldehdo o cetona;el carboxilo (COOH), grupo que confiere carcter cido a las biomolculas que loposeen; el grupo amino (NH2), bsico, que puede formar aminas primarias, secunda-

rias o terciarias; y el grupo sulfidrilo (SH). Estos grupos al reaccionar entre s for-man agrupaciones derivadas las cuales son tambin de gran importancia en lasbiomolculas. De este modo al reaccionar los cidos con los alcoholes originan lossteres; los carbonilos con los alcoholes pueden originar hemiacetales o acetales. Loscarboxilos con los aminos forman el enlace amida; un grupo sulfidrilo y un cidocarboxlico dan lugar a los tiosteres y, si los que reaccionan son dos grupos cidos seforman los anhdridos de cido. Es frecuente encontrar en una misma biomolculavarios grupos funcionales distintos, as como diferentes agrupaciones derivadas.

A la gran diversidad que presentan las biomolculas contribuye tambin la existenciade ismeros diferentes. Los ismeros son compuestos que presentan la misma frmulaqumica global, pero poseen propiedades diferentes, ya que pueden presentar estruc-tura distinta (isomera estructural) o diferente configuracin espacial (estereoisomera).

La isomera estructural, a su vez, puede ser de cadena, de posicin o de funcin, y laestereoisomera puede ser geomtrica u ptica. La isomera ptica se debe a la presen-cia de carbonos quirales o asimtricos y las molculas pueden ser dextrgiras o levgirasen dependencia de que desven el plano de luz polarizada a la derecha o a la izquierda.Los ismeros pticos pueden pertenecer a la series estricas D o L, para ello se compa-ra, la disposicin de determinado grupo funcional con el OH del D gliceraldehdo ydel L gliceraldehdo; y en consecuencia se determina su serie D o L

El agua es el disolvente universal en la materia viva y ello se debe a las propiedades deesta molcula que por constituir un dipolo, resulta un magnfico disolvente para lamayora de las biomolculas. El agua pura tiene un pH neutro y en estas condicioneslas concentraciones del ion H+es igual a la del ion OH-; si predomina la [ H+] el pH escido y si la que predomina es la [ OH -] el pH es alcalino. Un cido es una sustanciacapaz de ceder protones y una base es la que los capta; aunque frecuentemente el

comportamiento cido o bsico de una sustancia depende del pH del medio en que seencuentre. Las mezclas de un cido o una base con su sal originan los buffer o tampo-nes, cuya funcin es preservar el pH del medio; la reserva alcalina defiende al mediocontra la adicin de cidos, en tanto que la reserva cida lo hace contra la de lcalis.Un mismo grupo puede funcionar como buffer, el cido y su base conjugada. La ecua-cin deHenderson-Hasselbaches la ecuacin de los buffers y de esta se desprende queun buffer es eficiente con valores de pH iguales al pK del cido 1.

Ejercicios1. Mencione los principales tomos presentes en las biomolculas.2. Identifique los diferentes grupos funcionales presentes en las biomolculas siguientes:



35/327


3. Identifique las agrupaciones atmicas presentes en las biomolculas siguientes:

4. Identifique el tipo de isomera que presentan los pares de biomolculas siguientes:

a) b)

c) d)

e)



36/327

26 Bioqumica Humana

5. La ribosa es un monosacrido que presenta una funcin carbonilo en carbono primario

y 4 grupos OH y cuya estructura se presenta a continuacin, al respecto responda:

a) Identifique los C quirales en la molcula

b) Calcule el nmero de ismeros pticosc) Represente la estructura de los diferentes ismeros pticos.d) Identifique cules son enantimeros entre s.

6. Mencione los componentes de una disolucin buffer o amortiguadora del pH y refira-se a la funcin de cada componente.



37/327

Estructura y funcin

de los precursores de macromolculas

Las macromolculas son estructuras de elevado peso molecular formadas por

la unin de molculas relativamente pequeas que constituyen monmeros o

precursores que al unirse entre s forman la estructura polimrica caracters-

tica de las macromolculas. De este modo las protenas son polmeros de

aminocidos, los polisacridos de monosacridos y los cidos nucleicos de los

nucletidos. Este captulo se dedica a los aspectos estructurales y funcionales

de los precursores de macromolculas ya que su cabal conocimiento resulta

esencial para el estudio de sus respectivos polmeros.

AminocidosLos aminocidos que forman las protenas son cidos orgnicos que pre-

sentan al menos un grupo carboxilo y un amino unidos a su carbono alfa. Por

tanto su estructura general es la siguiente.

Como puede apreciarse en la estructura se observan dos partes: una don-

de aparece lo comn a todos los aminocidos, es decir, el grupo carboxilo yamino unidos al carbono y el resto de la estructura representado por la letraR que corresponde a la cadena lateral del aminocido, que es la parte que

diferencia a un aminocido de otro por tanto es la porcin variable de la

molcula.

En las cadenas laterales R pueden aparecer cadenas hidrocarbonadas,

anillos aromticos, grupos hidroxilos, sulfidrilos, grupos carboxilos, aminos

y otros que confieren propiedades diferentes a estas biomolculas y que per-

miten su clasificacin en base a diferentes criterios.



38/327

28 Bioqumica Humana

d) Aminocidos con un anillo aromtico en R. En este grupo se incluyen los aminocidos que

presentan el anillo benceno, el fenol y el indol.

En el cuadro 3.1, se puede observar la estructura de los 20 aminocidos que

forman parte de las protenas.

Cuadro 3.1. Estructura de los aminocidos que forman parte de las protenas.



39/327

Captulo 3. Estructura y funcin de los precursores de macromolculas 2

e) Aminocidos con un grupo carboxilo (COOH) o amida (CONH2) en R:

f) Aminocidos con grupos bsicos:(NH2), guanidino o anillo imidazol en R:

g) Aminocidos cclicos. En este grupo se incluyen al aminocido prolina y su derivado la

hidroxiprolina:



40/327

30 Bioqumica Humana

Funciones de los aminocidos

Los aminocidos cumplen con el principio de mltiple utilizacin, ya que desem-

pean diferentes funciones, como son:

1. Constituyen precursores de importantes neurotrasmisores,

2. Algunos son metabolitos intermediarios de vas metablicas

3. Forman parte de otras biomolculas como algunas coenzimas

4. Por descarboxilacin forman aminas bigenas, molculas con accin fisiolgica im-portante

5. Son precursores de algunas hormonas (hormonas tiroideas y adrenalina)

6. Constituyen los precursores de los pptidos y las protenas. Es la funcin ms impor-

tante de los aminocidos .

Clasificacin de los aminocidos

Pueden clasificarse en base a diferentes criterios. Si se clasifican de acuerdo al nme-

ro de grupos carboxilos o aminos presentes en la molcula, lo que determina el carcter

cido-bsico de sus disoluciones, y se establecen 3 categoras:

a) Neutros: Si poseen un nico grupo carboxilo y uno amino

b) cidos: Si poseen un nico grupo amino y dos carboxilosc) Bsicos: Si poseen un grupo carboxilo y dos grupos bsicos.

Si se observa cuidadosamente el cuadro 3.1, se puede comprobar que los aminocidos

cidos son solamente dos: el cido asprtico y el cido glutmico. Los aminocidos

bsicos, tres : la lisina (con un amino), la arginina (con el grupo bsico guanidnico) y

la histidina (que posee el anillo imidazol). El resto de los aminocidos se clasifican

como neutros.

Otro criterio importante de clasificacin para los aminocidos se basa en la polari-

dad de su cadena lateral R. De este modo los aminocidos que carecen de algn grupo

polar en R se clasifican como apolares y los que presentan algn grupo polar en su

cadena lateral son polares. Estos ltimos, a su vez, se subdividen en polares inicos si apH fisiolgico adquieren carga elctrica neta y en caso contrario se clasifican como

polares poco inicos.

Los grupos qumicos que se disocian y presentan carga elctrica apreciable a pH

fisiolgico son los carboxilos, los grupos bsicos que son: amino, guanidino y anillo

imidazol. Los grupos polares presentes en algunos aminocidos, pero que no presentan

carga elctrica apreciable a pH fisiolgico son hidroxilos, sulfidrilos, amidas y el anillo

indol presente en el triptfano. Por tanto podemos resumir que atendiendo a la polaridad

de su cadena R se establecen 3 categoras:

1. Polares inicos:

a) Dos aminocidos cidos: cido asprtico y cido glutmico

b) Tres aminocidos bsicos: lisina, arginina e histidina2. Polares poco inicos:

a) Poseen grupos OH en R: serina, treonina, tirosina e hidroxiprolina

b) Poseen SH: cistena

c) Poseen grupo CONH (amida): asparagina y glutamina.

d) Poseen el anillo indol: el triptofano.

3. Apolares:

a) Todos los dems: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, metionina,

prolina.



41/327


Propiedades elctricas de los aminocidos

Los aminocidos, por poseer grupos disociables, en dependencia del pH del medio son

capaces de disociar dichos grupos y presentar especies inicas distintas con carga neta

diferente.

Como se vi en el captulo 2, el valor del pKa de un grupo determina su fortaleza

como cido. En los aminocidos los valores de pKa de sus grupos disociables se numeran

del ms cido (pk menor) al menos cido o ms bsico (pk mayor), as el pK1de la alaninacorresponde al pKa del grupo COOH y el pK

2, al pK del grupoNH

2(ver los valores

del pK de los grupos disociables de los aminocidos en la tabla 3.1).

Como se recuerda del captulo 2, a valores del pH > pK el grupo predomina en su

forma disociada. A valores de pH < pK predomina en su forma no disociada y si el valor

del pH coincide con el del pK, ambas formas coexisten en iguales cantidades.

Por ejemplo, para un aminocido neutro como la alanina, pueden presentarse 3 diferen-tes especies inicas: A valores de pH < pK1la especie inica de la alanina es la que se

representa en a) presentando la molcula carga positiva y sometida a la accin de un campo

elctrico migrara al polo negativo (ctodo); a valores del pH > pK1, predomina la especie de

c) con carga neta negativa y migrara al polo positivo (nodo); si el valor del pH = pK

entonces predomina el in bipolar representado en b) y la carga elctrica neta sera cero. El

ion bipolar es el que predomina en el punto isoelctrico que corresponde con el valor del pH

al cual la carga elctrica del aminocido es cero y si se sometiera a la accin de un campo

elctrico no migrara a ningn polo por no mostrar afinidad por ninguno de ellos.

Tabla 3.1.Valores de pK y del punto isoelctrico de los aminocidos

Aminocido pK1

pK2

pK3

PI

Grupo Valor Grupo Valor Grupo Valor

Glicina carboxilo 2,34 amino 9,60 - - 5,97

Alanina carboxilo 2,35 amino 9,69 - - 6,02

Valina carboxilo 2,32 amino 9,62 - - 5,97

Leucina carboxilo 2,36 amino 9,60 - - 5,98

Isoleucina carboxilo 2,36 amino 9,68 - - 6,02

Serina carboxilo 2,21 amino 9,15 - - 5,68

Treonina carboxilo 2,63 amino 10,43 - - 6,53

Fenilalanina carboxilo 1,83 amino 9,13 - - 5,48

Triptfano carboxilo 2,38 amino 9,39 - - 5,88

Metionina carboxilo 2,28 amino 9,21 - - 5,75

Prolina carboxilo 1,99 amino 10,60 - - 6,29

Asparagina carboxilo 2,02 amino 8,88 - - 5,45

Glutamina carboxilo 2,17 amino 9,13 - - 5,65

Tirosina carboxilo 2,20 amino 9,11 fenlico 10,07 5,65

Lisina carboxilo 2,18 amino 8,95 amino 10,53 9,74Histidina carboxilo 1,82 Imidazol 6,00 amino 9,17 7,58

Arginina carboxilo 2,17 amino 9,04 guanidino 12,48 10,76

cido asprtico carboxilo 2,09 carboxilo 3,86 amino 9,67 2,97

cido glutmico carboxilo 2,19 carboxilo 4,25 amino 9,67 3,22

Cistena carboxilo 1,71 Sulfidrilo 8,33 amino 10,78 5,02



42/327

32 Bioqumica Humana

Para los aminocidos cidos o bsicos las especies inicas son cuatro en vez de tres

ya que habra que considerar la disociacin adicional del grupo COOH o bsico que le

confiere dicho carcter al aminocido. Para los propsitos de este texto lo que interesa

resaltar para el lector es que los aminocidos, en dependencia del pH del medio en que se

encuentren disuelto, presentan diferente especie inica y consecuentemente carga elctrica

diferente y que la disociacin de cada grupo disociable depende del valor del pH del medio

y del de su pK (Fig. 3.1).

Fig. 3.1. Especies inicas de la

alanina. En dependencia del valor del

pH medio de disolucin la alanina

presenta distintas especies inicas.

Fig. 3.2. Formacin del puente

disulfuro. Al perder H dos molcu-

las de cisterna forman el puente

disulturo, el cual puede romperse

ante la presencia de un agente reduc-

to que aada 2 H.

Interacciones entre grupos de las cadenas laterales(R)de los aminocidos

Entre diferentes grupos presentes en las cadenas laterales de los aminocidos pueden

establecerse diversas interacciones. Entre un grupo carboxilo cargado negativamente de

un aminocido cido y el grupo bsico cargado positivamente de un aminocido bsico se

forma una unin salina. Dos aminocidos apolares establecen una unin hidrofbica; un

grupo OH de un aminocido hidroxilado puede establecer un puente de hidrgeno con un

carboxilo o un grupo bsico o con otro OH de otro aminocido hidroxilado.

Un enlace covalente se forma cuando dos grupos sulfidrilos de dos aminocidos cistena

pierden hidrgeno (se oxidan) y se forma un puente disulfuro (S-S) (ver figura 3.2). Estas

diversas interacciones son fundamentales en el mantenimiento de la estructura tridimensional

de las protenas como se estudiar en el captulo 5.

Enlace peptdico

Se denomina enlace peptdico al enlace polimerizante , que une a los aminocidos y

forma los pptidos y las protenas y es de tipo amida sustituida.



43/327


Como puede apreciarse el grupo carboxilo de un aminocido reacciona con el grupo

amino de otro aminocido, se forma el enlace peptdico y se elimina una molcula de H2O.

En este enlace se presenta resonancia entre el O carbonlico y el N amdico y ello le

confiere carcter parcial de doble enlace . Esta condicin tiene dos consecuencias impor-

tantes para la cadena peptdica: la restriccin en el giro de este enlace y la disposicin

trans (Fig. 3.3 y Fig. 3.4).

Fig. 3.3. Representacin de la estru

tura del enlace peptdico; a) estruct

ra resonante; b) solapamiento de lorbitales p del C, el O y el N.

Fig. 3.4. Representacin de dos enlaces peptdicos contiguos. Los elementos del enlace peptdico se encuentran en un mismo

plano debido a las limitaciones en el giro del enlace C-N (carcter parcial de doble enlace). Los giros se producen a nivel de

los carbonos ; enlace C-C() y del C

- N ().

MonosacridosLos monosacridos son molculas que presentan como caracterstica comn poseer un

grupo carbonilo (que puede ser aldehdo o cetona) y varios grupos hidroxilos. Se diferencian

unos de otros en el nmero de tomos de carbono, y pueden ser : triosas, tetrosas, pentosas,

hexosas, si poseen, respectivamente, 3, 4, 5 o 6 tomos de carbono. Se diferencian en el tipo

de funcin carbonilo: se denominan aldosas, si presentan el grupo aldehdo y cetosas si el

grupo es cetnico. Los monosacridos pueden tambin pertenecer a las series estricas D o

L. La serie para estas biomolculas se establece por comparacin del OH unido al carbono



44/327

34 Bioqumica Humana

asimtrico ms alejado del grupo carbonilo con el OH del carbono quiral del gliceraldehdo.

Las que se encuentran en la naturaleza pertenecen a la serie D. En la siguiente frmula se

representa el OH colocado hacia la derecha.

Los diferentes monosacridos de la serie D se presentan en el cuadro 3.2.

Cuadro 3.2. Monosacridos de la serie estrica D



45/327


Los monosacridos con 5 o ms tomos de carbono, forman hemiacetales internos

(ver captulo 2), lo que provoca la forma cclica. Se suelen representar por la frmula de

Haworth. En esta estructura los monosacridos que pertenecen a la serie D se identifican

por el grupo del carbono 6 representados por encima del anillo. Los diferentes grupos OH

se escriben hacia abajo aquellos que en la frmula lineal se disponen a la derecha, y hacia

arriba los que se disponen hacia la izquierda. Los anillos pueden ser furansicos (que se

presenta en las pentosas y predomina en las cetohexosas) o piransico (el principal en lasaldohexosas) (Fig. 3.5).

Fig. 3.5. Formas cclicas de la glucosa y la fructosa segn frmula de Haworth.

Como se observa en la figura 3.5, al formarse el anillo el carbono 1 para las aldosas

y el 2 para las cetosas, en el que se encontraba el grupo carbonilo se ha convertido ahora

en otro carbono quiral, que se reconoce con el nombre de carbono anomrico . Entonces,

existen dos posibilidades para la disposicin del OH unido a este carbono anomrico. Si el

OH se dispone hacia abajo del anillo, en la representacin plana, se denomina anmero

y si se dispone hacia arriba se conoce como anmero . De este modo podemos resumir

las fuentes de variacin en los monosacridos:

a) Nmero de tomos de carbono

b) Tipo de funcin carbonilo

c) Serie estrica

d) Tipo de anmeroe) Tipo de anillo

Los monosacridos derivados pueden formarse por:

a) Oxidacin (azcares cidos)

b) Reduccin

c) Sustitucin (aminoazcares)

d) Por unin de un grupo fosfato por enlace ster (azcares fosfatos).



46/327

36 Bioqumica Humana

Cuadro 3.3. Estructura de las D cetosas

Funciones de los monosacridos

Los monosacridos cumplen con el principio de multiplicidad de utilizac in

ya que:

a) Forman parte de otras molculas (nucletidos, coenzimas)

b) Constituyen fuente de energa

c) Son fuente carbonada (sus carbonos pueden formar parte de otras biomolculas)

d) Son los precursores de los oligosacridos y polisacridos.

Formacin del enlace glicosdico

La unin de los monosacridos para formar oligosacridos y polisacridos es median-

te el enlace glicosdico, que es un enlace de tipo acetlico (ver captulo 2). Este enlace se

establece entre el OH del carbono anomrico de un monosacrido y un OH (que puede o

no ser anomrico) de otro monosacrido.



47/327


Fig. 3.6. Diferentes tipos de enlac

glicosdicos.

Como puede apreciarse en la figura 3.6, en dependencia del tipo de anmero y la

posicin de los OH que intervienen en la formacin del enlace glicosdico reciben diferen-

tes denominaciones.

Nucletidos

Son los precursores ms complejos desde el punto de vista estructural. Estn forma-

dos por una base nitrogenada, un azcar (monosacrido) y grupos fosfatos (1; 2 o 3

grupos fosfatos).



48/327

38 Bioqumica Humana

La base nitrogenada se une a l azcar por enlace N glicosdico representado en la

estructura anterior con la letra a. La letra b es un enlace ster y la c uno anidrido de

cido.En el cuadro 3.4 pueden observarse las estructuras de las bases comunes presentes

en los nucletidos precursores de los cidos nucleicos.

Cuadro 3.4.Bases nitrogenadas presentes en los nucletidos

El monosacrido presente en los nucletidos puede ser la ribosa (aldopentosa) o su

derivado la 2 desoxirribosa.

Clasificacin de los nucletidos

Los nucletidos se clasifican por:

1. Tipo de base: Si poseen una base purina, como nucletidos purnicos y si la base quecontienen es una pirimidina son nucletidos pirimidnicos.

2. Tipo de azcar. Si el azcar es ribosa, como ribonucletido y si es desoxirribosa, el

nucletido es un desoxirribonucletido.

3. Cantidad de grupos fosfatos: sern monofosfato, difosfato, trifosfato segn posean 1;

2 o 3 grupos fosfatos, respectivamente.

Funcin de los nucletidos

Los nucletidos desempean importantes funciones:

a) Almacenan y transfieren energa metablicamente til (ATP y GTP)b) Actan como coenzimas al donar algunos grupos (fosfato, pirofosfato u otros)

c) Forman parte de otros compuestos (algunas coenzimas)d) Pueden participar como segundos mensajeros de la accin hormonal (AMPc, GMPc)

e) Participan en la activacin de precursores para la sntesis de algunas molculas(UDP-glucosa en la sntesis de glucgeno, CDP-diacilglicerol en la sntesis de

fosftidos de glicerina)

f) Constituyen los precursores de los cidos nucleicos (los ribonucletidos de los ARN

y los desoxirribonucletidos del ADN).

Se puede concluir que los nucletidos cumplen el principio de multiplicidad de utilizacin.

Bases purnicas Bases pirimidnicas



49/327


Formacin del enlace fosfodister

Los nucletidos se unen entre s y forman los cidos nucleicos al reaccionar el OH del

carbono 3 del azcar de un nucletido con el fosfato del carbono 5 del azcar de otro

nucletido. Como puede apreciarse en la figura, el fosfato queda unido por dos enlaces de

tipo ster fosfato, por ello este enlace recibe el nombre de enlace fosfodister 3 5 .

Tabla 3.2. Nomenclatura de los nuclesidos y nucletidos comunes

Base Nuclesido Nucletido Nucletido Nucletido

con 1 fosfato con 2 fosfatos con 3 fosfatos

Adenina Adenosina Adenosn monofosfato Adenosn difosfato Adenosn trifosfato

AMP ADP ATP

(cido adenlico)

Guanina Guanosina Guanosn monofosfato Guanosn difosfato Guanosn trifosfato

GMP GDP GTP

(cido guanidlico)

Hipoxantina Inosina Inosn monofosfato (IMP) Inosn difosfato (IDP) Inosn trifosfato (ITP)(cido inosnico)

Uracilo Uridina Uridn monofosfato Uridn difosfato Uridn trifosfato

(UMP) (UDP) (UTP)

(cido uridlico)

Citosina Citidina Citidn monofosfato Citidn difosfato Citidn trifosfato

(CMP) (CDP) (CTP)

(cido citidlico)

Timina Timidina Desoxitimidn Desoxitimidn difosfato Desoxitimidn trifosfato

monofosfato (dTDP) (dTTP)

(dTMP)(cido desoxitimidlico)

Nomenclatura de los nucletidos

En la tabla 3.2 se muestra la nomenclatura de las seis bases nitrogenadas ms comu-

nes, con la nomenclatura de los nuclesidos y nucletidos que ellas forman.

En la tabla 3.2 se asume que el azcar es la ribosa excepto para la base timina. Si el

azcar es desoxirribosa debe nombrarse acorde con el criterio empleado para el caso de la

timina, ejemplo, desoxiadenosn trifosfato (dATP).



50/327

40 Bioqumica Humana

Resumen

Las macromolculas son polmeros de molculas ms simples, los precursores. Los

aminocidos son precursores de las protenas, los monosacridos de los polisacridos

y l

Documents

Bio Qui Mica