LAS BASES DE LA BIOQUÍMICA
Introducción
El objetivo de la bioquimica es explicar la estructura y las funciones de los seres vivos, lo que nos describe conceptos fundamentales de química orgánica, a la cual se le considera como la química del carbono y de sus compuestos aunque tambien compuestos inorgánicos como lo son los óxidos, carburos y carbonatos.
Fundamentos Químicos
La materia está constituida por átomo
El átomo es la unidad fundamental de la materia y es una partícula de tamaño muy reducido constituida por subpartículas: protón, neutrón y electrón. Mientra que en condiciones normales no presentan carga neta, pues su número de protones y electrones es el mismo. A los átomos cargados se les conoce como iones con una diferencia de carga, ya que al perder electrones su carga es positiva y forman cationes y al ganar electrones su carga es negativa y forman aniones.
Protones y neutrones se localizan en el núcleo del átomo, mientra que los electrones se encuentran alrededor en los orbitales atómicos.
Los Orbitales Atómicos quedan definidos por los Números Cuánticos
Los orbitales atómicos son las zonas que rodean al núcleo en donde existe la maxima probabilidad de encontrar a los electrones. Cada orbital esta definido por un conjunto de tres números conocidos como: números cuánticos.
1.-Número Cuántico Principal, representado por n.
2.-Número Cuántico Azimutal, representado por s, p, d y f.
3.-Número Cuántico Magnético, representado por m.
Los electrones se distribuyen en orbitales, ocupando niveles de energía muy bajos.
El número de spin, refleja el movimiento de los electrones respecto a un eje imaginario en un campo magnético.
¿Qué determina el Orden de los Electrones en la tabla periódica?
La posición de cada elemento en la tabla periódica revela sus características. El orden de los elementos se determina por dos ejes:
1.-Horizontal (Períodos)
2.-Vertical (Grupos)
Los Elementos se combinan y forman Moléculas
La union de átomos se establece a travéz de enlaces químicos. Las moléculas constituidas de átomos de diferentes elementos se conocen como: compuestos. La configuración electrónica determina la reactividad de cada elemento. Los electrones de valencia son aquellos que van a participar en las reacciones químicas. Existe una regla de octeto postulada por Lewis, que dice que los átomos son más estables cuando tienen ocho electrones en la capa de valencia.
La electronegatividad es la tedencia de átomos de atraer hacia sí el par de electrones compartido.
Un enlace covalente es aquel en donde los átomos que reaccionan poseen elevada electronegatividad y el enlace se forma.
La combinación de dos orbitales atómicos surge de un orbital molecular que determinará las características de la unión.
Los orbitales antienlazantes son aquellos que no favorecen en la formación del enlace.
Configuración electrónica es la distribución específicade electrones dentro de una molécula.
Estado excitado, donde la molécula posee mayor energía potencial.
Orbitales Híbridos. La Tetravalencia del Carbono
Los orbitales s y p de la última capa están tan proximos en su nivel de energía que pueden interaccionar formando orbitales híbridos, los cuales combinan caracteres de anbos orbitales.
Enlace Covalente Coordinado o Dativo
Para poder formar este tipo de enlace, un átomo debe tener un par de electrones, un par solitario y el otro debe disponer de un orbital vacío.
Polaridad y Enlaces Polares
Dipolo, dos cargas de signo opuesto separadas por una distancia determinada.
Los Grupos Funcionales deterniman las Interacciones entre Biomoléculas
Moléculas biológicas se forman de largas estructuras lineales, ramificadas e incluso cíclicas, muy firmes. Una molécula viva o biomolécula debe estar en constante cambio. Los grupos funcionales son las diferentes asociaciones entre átomos que proporcionan características funcionales a las moléculas.
Las Interacciones Débiles determinan la Función de la Molécula
Todo proceso biológico se produce por las interacciones débiles establecidas entre moléculas. Este tipo de interacciones débiles pueden ser de naturaleza electrotática o hidrofóbica.
Puente de Hidrógeno
Su interacción en de naturaleza fuerte, muy común entre moléculas polares en medio acuoso, para que se forme un puente de hidrógeno es necesaria la presencia de un átomo de hifrógeno unido covalentemente a un átomo electronegativo.
Enlace Iónico o Puente Salino
Los iones establecen entre sí, interacciones de tipo electrostático, conocidas como puente salino. Los iones en solución acuosa pueden atraerse o repelerse según la carga que porten. Este tipo de atracción electrostática es un enlace iónico, pero se considera una interacción débil ya que el ión en solución acuosa se encuentra solvatado reduciendo la fuerza del enlace entre los iones de carga opuesta. hay grupos funcionales que se comportan como iones tales como: grupos amino y carboxilo.
Fuerza de Var Der Waals
Son interacciones muy débiles mantienen unidos a átomos o moléculas no polares. Los dipolos temporales son el momento en que el electrón de un átomo se acerca o aleja del átomo con el que está enlazado, por lo que se están formando continuamente entre moléculas en solución.
Interacción Hidrofóbica
Las fuerzas hidrofóbicas se darán entre moléculas y grupos funcionales no polares, por lo que no habra ningún tipo de interacción.
El Agua como Principal Disolvente Biológico
El agua es el medio líquido fundamental en el que se va a desarrollar la mayor parte de las reacciones químicas de la célula, asi como es el principal disolvente biológico. Las interacciones débiles que establece una molécula de agua se realizan mediante puentes de hidrógeno.
La formación y la rotura de los puentes de hidrógeno es constante a la temperatura fisiológica, muy rara vez se disocía en dos especies como: iones hidronioe ión hidroxilo.
Química de los Ácidos y de las Bases
La definición de Lewis, en donde una base es una sustancia con un par de electrones disponibles para formar un enlace covalente dativo, mientra que un ácido es una molécula en la que existe un átomo capaz de aceptar un par de electrones ya que posee un orbital externo libre.
La definición de Bronsted-Lowry dice, que un ácido es una sustancia que puede ceder un protón y una base es aquella que puede aceptar un protón al reaccionar con un ácido.
El pH y el pK
La acides de una solución se mide con la concentración de iones hidronio o protones, lo que abarca desde 1 molar en una solución ácida, hasta 10 molares en una solución muy alcalina o básica.
Las Reacciones Químicas en la Célula
Equilibrio de una reacción química
En una reacción química, los reactivos interaccionan para formar productos, aunque en la mayoría la reacción no se finaliza cuando todo el reactivo se ha convertido en producto. Lega un momento en el que el producto formado comienza a reaccionar para dar un nuevo reactivo a esto se le conoce como: reacción reversible.
Reactividad de las Moléculas Biológicas
Los sitios reactivos son nucleófilos y electrófilos según la capacidad de atraer o no electrones.
Centros nucleófilos: son grupos ricos en electrones con carga negativa y atacarán a grupos que tengan carga positiva.
Centros electrófilos:tienen atracción por cargas negativas ricas en electrones.
Las reacciones de condensación o deshidratación son un tipo de reacción química que tiene un papel fundamental en la formación de las macromoléculas.
Las reacciones de oxidación-reducción o rédox tienen lugar en la célula en donde se transfieren eletrones de un sustrato a otro. Mientras que los procesos rédox de transferencia de electrones tienen lugar en los átomos de carbono.
El Contexto Celular
Los niveles de organización molecular de la célula permiten obsevar que en el primer nivel molecular, los componentes son los monómeros o sillares que van a construir a la célula.
Un organismo multicelular necesita una obsercaión a un nivel superior al celular, para proporcionar una visión orgánica sobre como transcurren las reacciones bioquimicas en el organismo completo.
