Bioquímica: La Ciencia de la Vida Molecular
Introducción
La bioquímica es una ciencia relativamente joven, introducida en 1903 por Carl A. Neuberg, quien es reconocido como el padre de la bioquímica. Estudia la estructura molecular de los seres vivos y cómo interactúan para regular las funciones vitales.
Composición de los Seres Vivos
Los seres vivos están compuestos principalmente por agua (65-70% en humanos, 80-98% en plantas) y macromoléculas como carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. La composición cualitativa es similar entre los seres vivos, pero varía cuantitativamente entre especies y órganos.
El Agua en los Sistemas Biológicos
El agua es la sustancia más abundante en los sistemas biológicos, constituyendo más del 70% del volumen de los seres vivos. Es esencial para la vida, ya que se originó en el agua y los organismos acuáticos aún llevan consigo su propio océano en sus fluidos intra y extracelulares.
Carbohidratos
Los carbohidratos, también conocidos como hidratos de carbono, glucidos o azúcares, son moléculas características de los seres vivos. Se encuentran ampliamente distribuidos en plantas y animales, desempeñando funciones energéticas, estructurales y como constituyentes de otras macromoléculas.
Clasificación de los Carbohidratos
Los carbohidratos se clasifican según su grado de polimerización:
* Monosacáridos: Los azúcares más simples, no hidrolizables en moléculas más pequeñas. * Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos. * Oligosacáridos: Formados por la unión de unos pocos monosacáridos. * Polisacáridos: Formados por la unión de muchos monosacáridos.
Monosacáridos
Los monosacáridos se clasifican según su grupo funcional y el número de carbonos:
* Aldosas: Contienen un grupo aldehído. * Cetosas: Contienen un grupo cetona. * Triosas: 3 carbonos. * Tetrosas: 4 carbonos. * Pentosas: 5 carbonos. * Hexosas: 6 carbonos.
La mayoría de los monosacáridos en la naturaleza tienen designación D. Presentan estructuras cíclicas (furanosa o piranosa) y son azúcares reductores.
Características Químicas de los Monosacáridos
* Sólidos cristalinos * Solubles en agua * Insolubles en solventes orgánicos * Desvían el plano de luz polarizada
Monosacáridos Importantes
* Glucosa: La aldohexosa más importante, fuente primaria de energía para los seres vivos. * Fructosa: La cetohexosa más dulce, utilizada como edulcorante para diabéticos. * Galactosa: Forma parte de la lactosa y los glucolipidos. * Ribosa: Forma parte del ARN y los nucleótidos. * Manosa: Forma parte de algunos polisacáridos y glucoproteínas.
Derivados de los Monosacáridos
* D-glucuronato: Forma parte de los glucosaminoglucanos. * Aminoazúcares: Grupos hidroxilo sustituidos por grupos amino. * Gluconolactona: Utilizada como acidificante en la industria alimentaria. * Ácidos siálicos: Intervienen en la formación de glucoproteínas y glucolipidos.
Disacáridos
Los disacaridos resultan de la union entre dos monosacaridos, iguales o diferentes, por medio de un enlace glicosidico. Se clasifican en reductores y no reductores con base en como se forma el enlace glicosidico: Disacaridos reductores. El carbono anom?rico de un monosacarido reacciona con un OH alcoholico del otro, quedando libre el carbono anomerico del segundo monosacarido y por lo tanto conservara sus propiedades reductoras y el fenomeno de mutarrotacion. Ejemplo: maltosa, celobiosa y lactosa.
Disacaridos no reductores. Cuando la union de los monosacaridos se efectua entre los carbonos anomericos de cada uno, la molecula pierde su caracteristica reductora al carecer de carbono anomerico libre. Ejemplo: trehalosa y sacarosa.
Maltosa. Se le conoce como azucar de malta. No existe libre en la naturaleza. Se obtiene a partir de la hidrolisis del almidon y la malta. Esta formada por dos glucosas unidas por enlace alfa. Se hidroliza facilmente, por ello es de rapida digestion, motivo por el que es utilizado como endulzante de alimentos infantiles y en bebidas como la leche malteada, ademas de ser indispensable en la elaboracion de la cerveza.
Celobiosa. No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene a partir de la hidrolisis de la celulosa. Esta formado por dos mol?culas de glucosa unidas por enlace beta . Se utiliza para la mejora de suelos esteriles, reforestacion de laderas de facil derrumbe y recuperacion de cauces de rios.
Lactosa. Es el azucar de la leche de los mamiferos. Esta formado por una molecula de glucosa y una de galactosa. La leche contiene aproximadamente de 4 a 5% de lactosa. Se utiliza en la industria alimentaria para la elaboracion de leche en polvo, quesos, yogurt y helados.
Trehalosa. Esta formado por dos glucosas unidas por sus carbonos anomericos. Se encuentra
en los champiñones, setas y hemolinfa de insectos. Industrialmente se obtiene a partir del almidon procedente de cereales. Estudios recientes muestran que administrado a ratones con enfermedad de Huntington, aumenta las expectativas de vida. Actualmente se utiliza en suplementos alimenticios. Protege a las membranas celulares durante la deshidratacion, por lo que se le utiliza como preservador de celulas y tejidos y osmoprotector de plantas de ornato. Ademas de estabilizar enzimas y anticuerpos cuando son desecados a 37 ‹C.
Sacarosa. Se le conoce como azucar de caña o remolacha, es el azucar comun (de mesa). Esta formado por glucosa y fructosa. Se encuentra en vegetales, principalmente remolacha (betabel) y caña de azucar. Se le conoce como azucar invertido por la capacidad de levorrotacion de la fructosa. Es el edulcorante mas utilizado. Estudios recientes indican que ayuda a evitar la proliferacion bacteriana en heridas infectadas.
Almidón. Es el principal polisacarido de reserva energetica en los vegetales. Se encuentra presente en los cereales (maiz, arroz y trigo, principalmente), tuberculos (papas), leguminosas (frijol). Proporciona de 70 a 80% de las calorias ingeridas. Esta formado por amilosa (estructura lineal) y amilopectina (estructura ramificada). A diferencia de los demas polisacaridos se presenta en forma de granulos, relativamente densos, insolubles en agua fria. Se utiliza en la industria alimentaria como aditivo, conservante para el pan, para dar consistencia a los embutidos y salsas. Se utiliza tambien en la preparacion de embalajes de espuma, como alternativa biodegradable de los envases de PET.
Glucógeno. Se encuentra en cantidades significativas en el higado y musculo. Se le conoce como almidon animal. Sirve de reserva energetica, descomponiendose en acido piruvico y lactico durante la glucogenelisis, para liberar ATP.
Celulosa. Esta formado por glucosas unidas por enlaces beta.Es el polisacarido mas abundante y resistente de la pared celular de las plantas. Se utiliza como materia prima para la elaboracion del papel y de los tejidos de fibras naturales y telas sinteticas como el rayon. Para la elaboracion de algodon hidrofilo (algodon utilizado en medicina, el cual es muy absorbente). Tambien se emplea en la fabricacion de peliculas fotograficas y materiales plasticos. La celulosa se obtiene principalmente de la madera.
Quitina. Polisacarido estructural que encontramos en el exoesqueleto de los artrapodos y pared celular de los hongos. Esta formado por N-acetilglucosamina unidas por enlace beta. Industrialmente se utiliza como materia prima para la obtencion de quitosano, polisacarido empleado
para favorecer el crecimiento de las plantas y evitar las infecciones provocadas por hongos.