Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte

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APUNTES BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR Grado en Medicina Universidad Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apuntes de Bioquímica de Medicina (URV): bioelementos, equilibrio ácido-base, glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y transporte de membrana.

APREN.AI Índice 1 Bases químicas de la vida y bioelementos Hitos históricos de la bioquímica Organización jerárquica y estructura atómica Clasificación de los bioelementos y funciones biológicas Cuadros clínicos asociados al déficit de oligoelementos Fuerzas débiles e interacciones no covalentes 2 El agua, equilibrio ácido-base y disoluciones amortiguadoras Estructura molecular y propiedades fisicoquímicas del agua Ionización del agua, pH y constantes de acidez Disoluciones amortiguadoras y ecuación de Henderson-Hasselbalch Trastornos del equilibrio ácido-base y gasometría clínica 3 Glúcidos: estructura, tipos y derivados 1. Monosacáridos y relaciones de isomería 2.

Ciclación, carbono anomérico y derivados monosacáridos 3. Enlace O-glucosídico y disacáridos 4. Polisacáridos y glucoconjugados 4 Lípidos: ácidos grasos, lípidos complejos y esteroides Ácidos grasos y lípidos saponificables simples Lípidos saponificables complejos: fosfolípidos y glucolípidos Lípidos insaponificables: isoprenoides, eicosanoides y esteroides 5 Aminoácidos, enlace peptídico y arquitectura de proteínas 1. Estructura y propiedades físico-químicas de los aminoácidos 2. Actividad biológica independiente y enlace peptídico 3.

Niveles de organización estructural de las proteínas 6 Nucleótidos y estructura de los ácidos nucleicos Componentes moleculares de los ácidos nucleicos Polimerización y el enlace fosfodiéster Estructura secundaria y terciaria del ADN Estructura y diversidad del ARN Nucleótidos libres y derivados de relevancia biológica 7 Membranas biológicas: organización, fluidez y transducción Arquitectura de la bicapa y el modelo del mosaico fluido Factores moduladores de la fluidez y dinámica lipídica Asimetría de la membrana y distribución lipídica Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 1 Proteínas de membrana y transducción de señales 8 Bioenergética y mecanismos de transporte a través de membranas Principios de termodinámica en sistemas biológicos Mecanismos de transporte pasivo: difusión simple y facilitada Transporte activo y acoplamiento electroquímico Clasificación direccional: simporte y antiporte 9 Resumen para repasar Bioelementos, disoluciones y equilibrio ácido-base Glúcidos y lípidos Proteínas y ácidos nucleicos Membranas celulares y transporte Cronología de hitos fundamentales Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 2 1 Bases químicas de la vida y bioelementos AL ACABAR SABRÁS Clasificar los bioelementos en primarios, secundarios y oligoelementos según su abundancia y función. Relacionar la carencia de oligoelementos esenciales con sus cuadros patológicos asociados. Diferenciar los distintos tipos de interacciones químicas no covalentes y su contribución a la arquitectura molecular. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué las biomoléculas confían su forma tridimensional a uniones químicas débiles en lugar de a enlaces covalentes rígidos?

La bioquímica estudia la base química de la vida. Analiza la composición molecular de los seres vivos y el conjunto de transformaciones químicas que experimentan sus compuestos, proceso denominado metabolismo celular. ESQUEMA Bases químicas de la materia viva El metabolismo comprende dos vertientes funcionales conectadas: Catabolismo: degradación de compuestos químicos para la obtención de energía biológica. Anabolismo: reacciones de síntesis destinadas a generar biomoléculas propias complejas a partir de precursores elementales.

Esta disciplina se articula estrechamente con la biología celular (funcionamiento de orgánulos y comunicación intracelular e intercelular), la genética (estructura y conservación del ADN y ARN), la inmunología (respuesta del sistema defensivo frente a bacterias y virus) y la farmacología (impacto Composición elemental Bioelementos primarios, secundarios y traza Bioelementos primarios C, H, O, N (99%) Secundarios y oligoelementos S, P, iones y cofactores traza Uniones moleculares Enlaces covalentes y fuerzas débiles Enlaces covalentes Polimerización de monómeros biomoleculares Interacciones no covalentes Puentes de H, iónicos, Van der Waals e hidrófobos Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 3 de sustancias exógenas sobre la fisiología celular).

Hitos históricos de la bioquímica El entendimiento molecular de la vida se consolidó a través de descubrimientos fundamentales sucesivos: CRONOLOGÍA Cronología de hitos en bioquímica y biología celular COMPRUEBA 2 ¿Qué relevancia conceptual tuvo la síntesis de la urea lograda por Wöhler en 1828 frente a las teorías vigentes en la época?

Organización jerárquica y estructura atómica La materia viva se estructura en niveles crecientes de complejidad: 1828 Wöhler sintetiza urea 1866 Mendel formula las leyes de la herencia 1871 Miescher descubre el ADN 1937 Krebs describe el ciclo de los TCA 1940 Embden y Meyerhof detallan la glucólisis 1953 Watson y Crick proponen la doble hélice 1996 Clonación del primer mamífero, la oveja Dolly Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 4 Esquema de los cuatro niveles de organización jerárquica celular y biomolecular.

Las reacciones de condensación permiten enlazar covalentemente monómeros sencillos para formar macromoléculas y polímeros, los cuales se ensamblan mediante interacciones débiles en agregados supramoleculares, orgánulos y células. Diagrama del ensamblaje desde moléculas precursoras hasta la célula completa. La materia está constituida por átomos, cuyo orden de magnitud lineal típico es de . Un átomo neutro consta de protones (con carga positiva) y neutrones en el núcleo, junto con electrones (con carga negativa) que ocupan los orbitales atómicos. El número atómico representa la cantidad de protones presentes en el núcleo.

Los isótopos son formas atómicas de un mismo elemento con 10 cm 8 Z Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 5 idéntico número de protones pero diferente masa debido al número de neutrones. La masa atómica de referencia se define según la unidad de masa atómica ( ). En la tabla periódica, las filas horizontales corresponden a periodos (niveles de energía principal) y las columnas verticales representan grupos o familias, cuyos elementos comparten el mismo número de electrones de valencia en la última capa electrónica. Estos electrones periféricos poseen mayor energía y participan en los enlaces químicos.

La electronegatividad es la tendencia que manifiesta un átomo a atraer hacia sí el par de electrones compartido dentro de un enlace. Clasificación de los bioelementos y funciones biológicas Los bioelementos se dividen según su abundancia relativa en el organismo: Bioelementos primarios: constituyen el 99\% del número total de átomos en el cuerpo humano. Son el hidrógeno ( ), el carbono ( ), el nitrógeno ( ) y el oxígeno ( ). Bioelementos secundarios: representan cerca del 0,9\% de los átomos celulares. Incluyen azufre (S), fósforo (P), magnesio (Mg), calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K) y cloro (Cl).

Oligoelementos o elementos traza: se hallan en proporciones mínimas pero imprescindibles para la homeostasis: hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), yodo (I), manganeso (Mn), cobalto (Co), molibdeno (Mo), selenio (Se), flúor (F) y silicio (Si).

Bioelemento Forma o localización funcional Papel biológico esencial Azufre (S) Grupos sulfhidrilo ( ) de cisteína y coenzima A Estructura proteica y metabolismo intermediario Fósforo (P) Fosfatos en fosfolípidos y ácidos nucleicos Componente estructural de membranas y genoma Magnesio ( ) Cofactor de múltiples enzimas y clorofila Catálisis enzimática y fotosíntesis Calcio ( ) Estructuras esqueléticas y citosol Soporte mineral y desencadenante de la contracción muscular Sodio ( ) y Potasio ( ) Iones disueltos en compartimentos intra y extracelulares Mantenimiento del gradiente electroquímico mediante la bomba Cloro ( ) Anión libre más común en el medio celular Equilibrio osmótico y electrostático Hierro (Fe) Hemoglobina y hemoproteínas Transporte sistémico de dioxígeno ( ) Yodo (I) Hormonas tiroideas Regulación transcripcional y metabólica general Flúor (F) Fluorapatita en hidroxiapatita dental Integridad y resistencia del esmalte dental 1 uma = 1 Da = 1/12 m C = 12 1,66 × 10 kg 27 Z = 1 Z = 6 Z = 7 Z = 8 SH Mg2+ Ca2+ Na+ K+ Na /K + + Cl O 2 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 6 Bioelemento Forma o localización funcional Papel biológico esencial Silicio (Si) Paredes en gramíneas y frústulas de diatomeas Rigidez y soporte mecánico en vegetales y protistas Zinc (Zn) Encéfalo, órganos reproductores y páncreas Cofactor catalítico y maduración celular Cobre (Cu) Hemocianina (invertebrados) y cuproenzimas Transportador respiratorio análogo a la hemoglobina Cobalto (Co) Núcleo de corrina en vitamina Cofactor en eritropoyesis y síntesis de metionina Cuadros clínicos asociados al déficit de oligoelementos La carencia nutricional de elementos traza altera vías enzimáticas concretas, provocando cuadros clínicos definidos: Oligoelemento esencial Patología o manifestación clínica por déficit Cobalto Anemia y retraso en el crecimiento somático Cobre Anemia, defectos esqueléticos, desmielinización axónica, degeneración del sistema nervioso y lesiones cardiovasculares Flúor Caries dentales y alteraciones de la estructura ósea Manganeso Retraso del crecimiento Molibdeno Incremento de la concentración plasmática de metionina Selenio Miocardiopatías Yodo Bocio (hipertrofia de la glándula tiroides) Zinc Detención del crecimiento y defectos en la cicatrización de heridas ERROR FRECUENTE Es común atribuir el cuadro de anemia exclusivamente a la carencia de hierro.

Sin embargo, el déficit de cobalto (por fallo en la síntesis de vitamina ) o de cobre (por alteración en el transporte del hierro y síntesis de complejos enzimáticos) causa también síndromes anémicos severos acompañados de signos neurológicos o esqueléticos. COMPRUEBA 3 ¿Qué alteración bioquímica sistémica produce el déficit nutricional de molibdeno?

B 12 B 12 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 7 Fuerzas débiles e interacciones no covalentes Aunque los enlaces covalentes determinan la estructura primaria de las biomoléculas, la conformación tridimensional, el ensamblaje supramolecular y el reconocimiento metabólico dependen de interacciones no covalentes débiles: Puentes de hidrógeno: interacciones de intensidad intermedia dentro de las fuerzas débiles. Son responsables de las uniones de cohesión intermoleculares entre moléculas de agua y de la estabilización de hélices proteicas y pares de bases en el ADN.

Enlaces o interacciones iónicas: atracciones electrostáticas mutuas entre especies atómicas o grupos moleculares dotados de cargas formales netas opuestas (como cationes y aniones ). Fuerzas de Van der Waals: interacciones atractivas muy débiles que se establecen a distancias interatómicas cortas entre átomos o moléculas neutras no polares debido a dipolos transitorios inducidos. Interacción hidrofóbica: fenómeno biofísico no electrostático originado por la exclusión termodinámica de moléculas o grupos no polares en disolución acuosa polar, agrupándolos para minimizar la superficie de contacto con el agua.

PARA RECORDARLO Los enlaces covalentes construyen las cadenas de las biomoléculas (monómeros unidos entre sí), mientras que las interacciones débiles moldean su forma tridimensional activa y sus asociaciones funcionales. IDEAS CLAVE La bioquímica analiza el metabolismo celular, dividido en catabolismo degradativo (productor de energía) y anabolismo biosintético (consumidor de energía). Los bioelementos primarios (C, H, O, N) suponen el 99% de los átomos del cuerpo humano, complementados por bioelementos secundarios (0,9%) y oligoelementos esenciales.

El déficit de oligoelementos produce cuadros patológicos específicos como el bocio (falta de yodo), retraso en la cicatrización (zinc) o miocardiopatías (selenio). Las interacciones no covalentes (puentes de hidrógeno, fuerzas iónicas, Van der Waals y efecto hidrofóbico) dirigen el plegamiento y reconocimiento de las biomoléculas. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 4. ¿Cuáles son los cuatro bioelementos primarios que constituyen el 99% de la masa atómica del cuerpo humano? 5. ¿En qué se diferencia fundamentalmente una interacción iónica de las fuerzas de Van der Waals? Na , K + + Cl Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 8 Test Rodea la respuesta correcta.

Las soluciones están al final. 6. ¿Qué científico logró por primera vez la síntesis química in vitro de urea en 1828? 7. ¿Qué patología o alteración clínica se asocia específicamente a la deficiencia de yodo? 8. ¿En qué metal radica la función del transporte de oxígeno en la hemoglobina humana? 9. ¿Cuál es la naturaleza principal que conduce a la agregación en la interacción hidrofóbica? 2 El agua, equilibrio ácido-base y disoluciones amortiguadoras AL ACABAR SABRÁS Relacionar la polaridad y los puentes de hidrógeno del agua con sus propiedades anómalas. Calcular el pH de disoluciones de ácidos y bases empleando la formulación de Henderson- Hasselbalch.

Distinguir los mecanismos de acción de los tampones bicarbonato, fosfato y proteicos. Diferenciar acidosis y alcalosis metabólicas frente a respiratorias mediante gasometría arterial. PIÉNSALO ANTES DE LEER 10 ¿Por qué un vaso de agua pura experimenta cambios bruscos de pH al agregar unas gotas de ácido, mientras que el suero sanguíneo mantiene su valor casi invariable? Estructura molecular y propiedades fisicoquímicas del agua El agua representa cerca del 70 % de la masa corporal en los seres vivos y actúa como el disolvente universal de la célula. En su estructura, el átomo de oxígeno presenta hibridación sp3, conformando una geometría tetraédrica con un ángulo de enlace de 104,5°.

La notable diferencia de Gregor Mendel a) Friedrich Miescher b) Friedrich Wöhler c) Hans Adolf Krebs d) Miocardiopatía dilatada a) Bocio endémico b) Acumulación de metionina c) Desmielinización del SNC d) Hierro a) Magnesio b) Cobalto c) Cobre d) Atracción electrostática fuerte a) Formación de enlaces peptídicos b) Atracción dipolo-dipolo permanente c) Exclusión mutua en medio polar d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 9 electronegatividad entre el oxígeno y los dos átomos de hidrógeno genera un momento dipolar neto permanente. Esta polaridad permite establecer una red tridimensional dinámica de puentes de hidrógeno.

Estas uniones se forman cuando un hidrógeno enlazado covalentemente a un elemento fuertemente electronegativo interactúa electrostáticamente con otro átomo electronegativo aceptor. Diagrama de clasificación de fuerzas intermoleculares y puentes de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno aportan una elevada cohesión interna responsable de características fisicoquímicas inusuales: Elevados puntos de fusión y de ebullición, que exigen gran cantidad de energía para romper las redes moleculares. Alta tensión superficial y viscosidad. Comportamiento de densidad anómalo: su máxima densidad se alcanza a 4 ºC, lo que previene la congelación completa de masas acuáticas naturales.

Elevada conductividad calorífica, indispensable para disipar calor metabólico y estabilizar la temperatura orgánica. Los puentes de hidrógeno no solo se forman entre moléculas de agua; también estabilizan biomoléculas al unirse a grupos hidroxilo de alcoholes, carbonilos de cetonas, enlaces peptídicos de proteínas y pares de bases nitrogenadas del ADN (véase «Aminoácidos, enlace peptídico y arquitectura de proteínas» y «Nucleótidos y estructura de los ácidos nucleicos»). Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 10 Esquema de puentes de hidrógeno en agua y biomoléculas. Como disolvente, el agua muestra una elevada capacidad de solvatación iónica.

Al disolver sales como el cloruro de sodio, los dipolos del agua orientan sus cargas hacia los iones correspondientes, atenuando la fuerza atractiva electrostática entre ellos y rodeándolos con capas de hidratación. Frente a sustancias no polares, el agua induce el agrupamiento de estas fases mediante interacciones hidrofóbicas (véase «Bases químicas de la vida y bioelementos»). COMPRUEBA 11 ¿Por qué la geometría tetraédrica y la hibridación sp3 del oxígeno determinan las propiedades térmicas del agua líquida?

Ionización del agua, pH y constantes de acidez El agua es un electrólito débil con carácter anfótero, capaz de donar o aceptar protones mediante autoionización: En el medio acuoso, los protones libres no se desplazan por difusión simple. La transferencia ocurre a gran velocidad a través de puentes de hidrógeno contiguos mediante el salto de protones (mecanismo de Grotthuss): un ion hidronio cede un protón a una molécula vecina, la cual simultáneamente transmite otro protón a la siguiente. H O 2 H + + OH Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 11 Diagrama de la escala de pH con ejemplos cotidianos.

El grado de acidez refleja la concentración molar de iones hidronio libres y se cuantifica según la escala logarítmica de Sorensen a 25 °C: En disoluciones acuosas neutras el valor equivale a 7, mientras que los valores inferiores indican acidez y los superiores indican basicidad. Tipo de electrólito Grado de disociación Ejemplo representativo Ácido fuerte Disociación prácticamente completa Base fuerte Ionización total en disolución Ácido o base débil Disociación parcial con equilibrio de masas Mayoría de metabolitos celulares (ácidos orgánicos) Para la disociación reversible de un ácido débil ( ), la constante de acidez se expresa como: A mayor valor de , más fuerte es el ácido.

Esta magnitud se formula habitualmente como : pH = log[H ] + HCl H + + Cl NaOH Na + + OH HA H + + A K = a [HA] [H ][A ] + K a pK a Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 12 COMPRUEBA 12 Si un compuesto orgánico presenta un pKa menor que otro, ¿cuál de los dos tiende a disociarse en mayor medida a igualdad de concentración? Disoluciones amortiguadoras y ecuación de Henderson-Hasselbalch Las disoluciones amortiguadoras o tampones mitigan las fluctuaciones de pH ante la adición de cantidades moderadas de ácidos o bases fuertes. Se constituyen combinando un ácido débil y la sal de su base conjugada, o bien una base débil con su ácido conjugado.

DEFINICIÓN Un sistema amortiguador está formado por un par ácido-base conjugado que minimiza los cambios en la concentración de protones al consumirlos o liberarlos en función del desplazamiento del equilibrio químico. El comportamiento cuantitativo de estas mezclas se deduce mediante la ecuación de Henderson- Hasselbalch: Cuando la concentración del aceptor de protones iguala a la del donador ( ), el cociente vale 1 y su logaritmo es cero, cumpliéndose que a pH = pKa las concentraciones de base y ácido son idénticas. La capacidad amortiguadora máxima se sitúa precisamente en ese punto, mostrando utilidad clínica y biológica dentro del intervalo de .

En los organismos destacan los siguientes amortiguadores fisiológicos: Tampón bicarbonato ( ): principal amortiguador del medio extracelular y plasmático. Presenta la ventaja biológica de ser un sistema abierto regulado por los pulmones (que eliminan o retienen ) y los riñones (que ajustan los niveles de bicarbonato y protones). Tampón fosfato ( ): actúa predominantemente a nivel intracelular. Presenta un pKa de 6,86, amortiguando de forma óptima el rango fisiológico citosólico comprendido entre 5,9 y 7,9. Sistemas proteicos: la albúmina sérica y la hemoglobina en los eritrocitos amortiguan iones tanto en los capilares periféricos como en el territorio pulmonar.

pK = a logK a pH = pK + a log [HA] [A ] [A ] = [HA] pH = pK ± a 1 H CO /HCO 2 3 3 CO 2 H P O /HP O 2 4 4 2 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 13 ESQUEMA Sistemas amortiguadores fisiológicos COMPRUEBA 13 ¿Por qué el tampón bicarbonato resulta idóneo para el plasma a pesar de que su pKa óptimo diste ligeramente del pH 7,4? Trastornos del equilibrio ácido-base y gasometría clínica El pH plasmático normal oscila entre 7,35 y 7,45. Las variaciones por debajo de 7,35 definen una acidosis, mientras que los valores superiores a 7,45 constituyen una alcalosis.

Estos desequilibrios alteran la conformación de proteínas enzimáticas, la excitabilidad neuromuscular y el transporte iónico, pudiendo provocar arritmias, convulsiones o coma. ERROR FRECUENTE En la interpretación de gasometrías arteriales se tiende a confundir el componente respiratorio con el metabólico. Recuerda: las desviaciones primarias en la apuntan a un origen respiratorio, mientras que las variaciones iniciales en la concentración de definen un trastorno metabólico.

Amortiguadores fisiológicos Mantienen el pH en márgenes homeostáticos Medio extracelular Predominio en plasma y líquidos intersticiales Tampón bicarbonato Sistema abierto acoplado al pulmón y al riñón Proteínas plasmáticas Albúmina con grupos ionizables amortiguadores Medio intracelular Regulación citosólica y de organelos Tampón fosfato pKa 6,86 óptimo para el pH celular Proteínas celulares Hemoglobina y polipéptidos con histidinas pCO 2 [HCO ] 3 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 14 Trastorno ácido-base pH arterial Alteración primaria Compensación fisiológica Etiologías frecuentes Acidosis respiratoria Disminuido (< 7,4) Aumento de Retención renal de EPOC, choque circulatorio, bronconeumonía, enfisema Alcalosis respiratoria Elevado (> 7,4) Descenso de Excreción renal de Hiperventilación psicógena, ventilación asistida, hipertensión intracraneal Acidosis metabólica Disminuido (< 7,4) Descenso de Hiperventilación compensatoria (baja ) Cetoacidosis diabética, acidosis láctica, fallo en excreción renal de , intoxicación por salicilatos Alcalosis metabólica Elevado (> 7,4) Aumento de Hipoventilación compensatoria (sube ) Vómitos repetidos (pérdida de ), ingesta de bases, déficit de potasio, hiperaldosteronismo CAUSAS Y CONSECUENCIAS EPOC y enfisema Obstrucción al flujo aéreo alveolar Bronconeumonía Deterioro de la difusión de gases Acidosis respiratoria Retención de CO2 Incremento primario de la pCO2 en sangre Descenso de pH (< 7,4) Acidemia plasmática clínicamente manifiesta Compensación renal Retención neta de bicarbonato pCO 2 [HCO ] 3 pCO 2 [HCO ] 3 [HCO ] 3 pCO 2 H+ [HCO ] 3 pCO 2 HCl Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 15 IDEAS CLAVE El agua presenta geometría tetraédrica con ángulo de 104,5° e hibridación en el oxígeno, formando redes intermoleculares por puentes de hidrógeno.

La máxima densidad del agua líquida se localiza a 4 ºC, factor determinante para la preservación de los ecosistemas acuáticos. El desplazamiento de protones en disolución no ocurre por difusión convencional, sino mediante el rápido mecanismo de salto de protones. A , las concentraciones del donador ácido y de la base conjugada son exactamente iguales. El tampón fosfato opera como principal sistema amortiguador intracelular ( ), mientras que el tampón bicarbonato regula el medio extracelular coordinado por pulmones y riñones. En una acidosis respiratoria el se asocia a hipercapnia (elevada ), mientras que en la acidosis metabólica la causa primaria es la caída de .

COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 14. ¿Cuál es la relación existente entre las concentraciones de ácido débil y base conjugada en una disolución cuando el pH coincide numéricamente con el pKa? 15. ¿De qué manera compensa el organismo una acidosis respiratoria originada por hipoventilación pulmonar? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 16. ¿Qué ángulo forman los enlaces covalentes de la molécula de agua líquida? 17. ¿A qué temperatura alcanza el agua líquida su densidad máxima? 18. ¿Cuál es el principal amortiguador inorgánico intracelular con un pKa de 6,86?

sp3 pH = pK a pK = a 6,86 pH < 7,4 pCO 2 [HCO ] 3 180° a) 120° b) 104,5° c) 109,5° d) 0 ºC a) -4 ºC b) 4 ºC c) 100 ºC d) Tampón sulfato a) Tampón fosfato b) Tampón bicarbonato c) Hemoglobina d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 16 19. ¿Qué alteración analítica define inequívocamente a una acidosis respiratoria descompensada? 3 Glúcidos: estructura, tipos y derivados AL ACABAR SABRÁS Diferenciar aldosas y cetosas, identificando enantiómeros, diastereoisómeros, epímeros y anómeros. Explicar la formación del enlace O-glucosídico distinguiendo azúcares reductores de no reductores.

Comparar la función y estructura de los homopolisacáridos de reserva frente a los polisacáridos estructurales. Describir la función de los heteropolisacáridos y glucoconjugados en la pared bacteriana y el reconocimiento celular. PIÉNSALO ANTES DE LEER 20 ¿Por qué el azúcar de mesa común (sacarosa) no da positivo en las pruebas de azúcar reductor mientras que la leche (rica en lactosa) sí lo hace? Los glúcidos o hidratos de carbono son biomoléculas fundamentales con fórmula empírica general .

Desempeñan papeles esenciales en el metabolismo celular como fuente directa de energía y metabolitos intermediarios, actúan como reservas energéticas (almidón vegetal o glucógeno animal), forman elementos estructurales rígidos (celulosa vegetal, peptidoglicano de bacterias, quitina en artrópodos) y median procesos de comunicación y reconocimiento celular como glucoproteínas y glucolípidos de la membrana plasmática. pH elevado y aumento de pCO2 a) pH menor a 7,4 y descenso de bicarbonato b) pH menor a 7,4 y aumento de pCO2 c) pH normal con pCO2 disminuida d) (CH O) 2 n Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 17 ESQUEMA Clasificación general y organización de los glúcidos 1.

Monosacáridos y relaciones de isomería Los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas que constituyen las unidades monoméricas no hidrolizables, generalmente con entre 3 y 7 átomos de carbono. Se clasifican según la longitud de su esqueleto carbonado en triosas (3C), tetrosas (4C), pentosas (5C) y hexosas (6C). Simultáneamente, la posición del grupo carbonilo distingue entre aldosas (carbonilo en un extremo en forma de aldehído) y cetosas (carbonilo en posición intermedia en forma de cetona). Por ejemplo, la D- glucosa es una aldohexosa. Esquema estructural comparativo entre una aldosa y una cetosa de tres carbonos.

Monosacáridos Unidades no hidrolizables Aldosas y Cetosas Triosas a hexosas Derivados Ácidos urónicos y aminoazúcares Oligosacáridos Unión de 2 a 10 unidades Reductores Maltosa y lactosa monocarbonílicas No reductores Sacarosa bicarbonílica Polisacáridos Polímeros de alta masa molecular Homopolisacáridos Almidón, glucógeno y celulosa Heteropolisacáridos GAGs y peptidoglicano Glucoconjugados Asociación a proteínas o lípidos Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 18 La presencia de centros quirales o carbonos asimétricos (unidos a cuatro sustituyentes diferentes) genera una notable diversidad estereoquímica.

El número de estereoisómeros posibles para una molécula viene dado por , donde representa la cantidad de carbonos asimétricos presentes. La configuración D o L se establece según la orientación del grupo hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo. Diagrama de la configuración quiral del grupo hidroxilo en un carbono asimétrico. Entre los tipos de isómeros encontramos: Isómeros estructurales o funcionales: poseen idéntica fórmula molecular pero distinta conectividad en sus átomos o diferente grupo funcional (como el gliceraldehído frente a la dihidroxiacetona). Estereoisómeros: presentan idéntica conectividad pero diferente disposición espacial de sus grupos.

Enantiómeros: parejas de estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles entre sí (como la D-glucosa y la L-glucosa). Diastereoisómeros: estereoisómeros que no son imágenes especulares el uno del otro. Epímeros: diastereoisómeros que se diferencian en la disposición espacial de los sustituyentes de un único centro quiral. Por ejemplo, la D-manosa es el epímero en C-2 de la D-glucosa, mientras que la D-galactosa es su epímero en C-4. COMPRUEBA 21 ¿Por qué la D-glucosa y la D-galactosa no son enantiómeros entre sí? 2.

Ciclación, carbono anomérico y derivados monosacáridos En disolución acuosa, las aldohexosas y aldopentosas tienden a ciclarse mediante una reacción intramolecular entre el grupo carbonilo y un hidroxilo alcohólico. Este cierre genera un nuevo centro quiral denominado carbono anomérico (C-1 en aldosas). Esto da lugar a dos nuevos diastereoisómeros cíclicos denominados anómeros: la forma alfa (α) y la forma beta (β), distinguibles según la orientación relativa de su grupo hidroxilo anomérico respecto al plano del anillo.

A partir de los monosacáridos básicos surgen modificaciones funcionales de gran relevancia: Ácidos urónicos: producidos por la oxidación del carbono 6 terminal a un grupo carboxilo (- COOH). Aminoazúcares: sustitución de un hidroxilo (típicamente en el C-2) por un grupo amino ( ), como la glucosamina y la galactosamina, a menudo N-acetiladas. Desoxiazúcares: pérdida de un átomo de oxígeno en un carbono específico, destacando la desoxirribosa (derivada de la ribosa por desoxigenación en C-2).

2n n NH 2 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 19 La presencia del grupo carbonilo libre permite oxidar el monosacárido frente a agentes oxidantes suaves, propiedad evaluada mediante el reactivo de Fehling. Este ensayo cualitativo permite identificar la presencia de azúcares reductores mediante un cambio de coloración provocado por la reducción de los iones cúpricos. COMPRUEBA 22 ¿Qué requisito estructural determina que un azúcar dé positivo en el ensayo del reactivo de Fehling? 3.

Enlace O-glucosídico y disacáridos El enlace O-glucosídico une covalentemente dos monosacáridos mediante la condensación del hidroxilo del carbono anomérico de una unidad con un hidroxilo de la siguiente molécula, liberando una molécula de agua. Dependiendo de la participación de los centros anoméricos, se establecen dos tipos fundamentales: Estructuras químicas de los disacáridos maltosa, sacarosa y lactosa mostrando sus enlaces. Tipo de enlace Participación anomérica Poder reductor Ejemplos representativos Monocarbonílico Carbono anomérico de una unidad unido a un carbono no anomérico de la otra (ej.

) Conserva poder reductor (extremo reductor libre) Maltosa (Glc Glc), Lactosa (Gal Glc), Celobiosa Bicarbonílico Unión directa entre los dos carbonos anoméricos de ambas unidades No reductor (ningún centro anomérico libre) Sacarosa (Glc Fru) 1 4 α(1 4) β(1 4) α(1 2)β Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 20 ERROR FRECUENTE Calificar erróneamente a la sacarosa como azúcar reductor por estar formada por glucosa y fructosa. Al condensarse sus dos carbonos anoméricos (C-1 de glucosa y C-2 de fructosa) en un enlace bicarbonílico, ambos quedan bloqueados; la molécula no puede abrirse ni reducir el reactivo de Fehling. 4.

Polisacáridos y glucoconjugados Los polisacáridos son polímeros de alto peso molecular formados por la unión reiterada de unidades monoméricas mediante enlaces glucosídicos. Se dividen funcional y químicamente en dos categorías: Los glúcidos pueden asociarse covalentemente a otras biomoléculas formando glucoconjugados, claves en el transporte de información y adhesión intercelular: Proteoglicanos: complejos macromoleculares donde una proteína nuclear se une covalentemente a largas cadenas de glicosaminoglicanos (GAG). Glucoproteínas: proteínas unidas a cadenas cortas y ramificadas de oligosacáridos diversos en la superficie celular.

Glucolípidos: lípidos de membrana (principalmente esfingolípidos; para su estructura básica véase «Lípidos: ácidos grasos, lípidos complejos y esteroides») unidos covalentemente a restos de oligosacáridos orientados hacia el exterior celular. Antígenos de grupos sanguíneos (ABO): oligosacáridos específicos fijados a lípidos o proteínas de la membrana del eritrocito. El grupo A se distingue por poseer una N-acetilgalactosamina terminal, mientras que el grupo B contiene una D-galactosa terminal unida al oligosacárido base. Homopolisacáridos: constituidos por un único tipo de monosacárido repetido.

Almidón: polisacárido de reserva energética en plantas; integrado por amilosa (cadenas lineales ) y amilopectina (cadenas lineales con ramificaciones ). Glucógeno: reserva de carbohidratos en células animales; presenta estructura helicoidal muy ramificada con enlaces lineales y puntos de ramificación . Celulosa: polímero estructural lineal de la pared celular vegetal formado exclusivamente por enlaces rígidos glucosídicos. Quitina: componente estructural resistente del exoesqueleto de artrópodos compuesto por unidades de N-acetilglucosamina unidas por enlaces beta.

1 α(1 4) α(1 4) α(1 6) α(1 4) α(1 6) β(1 4) Heteropolisacáridos: integrados por dos o más clases distintas de monosacáridos o sus derivados. Glicosaminoglicanos (GAG): cadenas no ramificadas formadas por repeticiones de disacáridos constituidos típicamente por un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina) unido a un ácido urónico. Peptidoglicano: red estructural heteropolisacárida de la pared bacteriana compuesta por unidades alternas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico unidas por enlaces . Las diferencias en su organización definen la tinción y clasificación bacteriana entre Gram positivas y Gram negativas.

2 β(1 4) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 21 COMPRUEBA 23 ¿Qué diferencia conformacional y funcional provoca el enlace beta(1->4) de la celulosa frente al alfa(1->4) del glucógeno? IDEAS CLAVE Los monosacáridos se clasifican por su longitud carbonada y por su grupo carbonilo funcional en aldosas o cetosas. Los epímeros son diastereoisómeros que difieren en la orientación de los sustituyentes de un único centro quiral. El cierre cíclico de los azúcares genera un carbono anomérico con dos posibles configuraciones: alfa ( ) y beta ( ).

Los disacáridos monocarbonílicos (maltosa, lactosa) conservan el poder reductor, mientras que los bicarbonílicos (sacarosa) lo pierden por completo. Los homopolisacáridos cumplen papeles de reserva con enlaces alfa (almidón, glucógeno) o funciones estructurales rígidas con enlaces beta (celulosa, quitina). Los heteropolisacáridos y glucoconjugados participan activamente en la pared bacteriana, matriz extracelular y el reconocimiento celular del sistema ABO. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 24. ¿En qué se diferencian estructuralmente los enantiómeros de los epímeros? 25. ¿Por qué la maltosa reduce el reactivo de Fehling mientras que la sacarosa no presenta dicha capacidad? 26.

¿Cuáles son las diferencias moleculares terminales que distinguen los grupos sanguíneos A y B? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 27. ¿Cuál es la relación isomérica exacta entre la D-glucosa y la D-galactosa? 28. ¿Qué compuesto carece por completo de poder reductor frente al reactivo de Fehling? α β Son isómeros de función aldehído-cetona a) Son enantiómeros no superponibles b) Son epímeros en el carbono 4 c) Son anómeros alfa y beta d) Glucosa libre a) Maltosa b) Sacarosa c) Lactosa d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 22 29. ¿Qué enlace glucosídico compone las cadenas lineales estructurales de la celulosa vegetal? 30.

¿Qué heteropolisacárido conforma la estructura rígida de la pared celular bacteriana? 4 Lípidos: ácidos grasos, lípidos complejos y esteroides AL ACABAR SABRÁS Diferenciar lípidos saponificables e insaponificables atendiendo a su estructura molecular. Comparar las propiedades y puntos de fusión de ácidos grasos saturados e insaturados cis. Describir la reacción de esterificación y saponificación en acilgliceroles. Identificar los componentes estructurales de fosfolípidos, esfingolípidos y derivados del esterano. PIÉNSALO ANTES DE LEER 31 ¿Por qué el aceite vegetal permanece líquido a temperatura ambiente mientras que la grasa animal suele ser sólida?

Los lípidos son biomoléculas orgánicas relativamente pequeñas con baja solubilidad en agua y alta solubilidad en disolventes apolares u orgánicos. Cumplen funciones estructurales en membranas biológicas, almacenamiento energético, protección física y térmica, o actúan como vitaminas y precursores de hormonas. Se agrupan según su estructura en dos grandes conjuntos: Lípidos saponificables: albergan en su estructura cadenas de ácidos grasos y pueden formar jabones por hidrólisis alcalina. Comprenden formas simples (acilgliceroles y céridos) y complejas (fosfolípidos y glucolípidos). Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos y no generan jabones.

Entre ellos destacan terpenos, esteroides y eicosanoides. beta(1->6) a) alfa(1->4) b) beta(1->4) c) alfa(1->6) d) Quitina a) Amilopectina b) Ácido hialurónico c) Peptidoglicano d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 23 Esquema de la clasificación general de lípidos saponificables e insaponificables. Ácidos grasos y lípidos saponificables simples Los ácidos grasos son cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo terminal. Estas cadenas son hidrófobas y presentan una longitud variable. Se dividen según la presencia de insaturaciones: Saturados: carecen de dobles enlaces y presentan únicamente enlaces simples carbono-carbono.

Sus cadenas adoptan una disposición lineal que facilita un empaquetamiento compacto mediante interacciones hidrófobas (véase «Bases químicas de la vida y bioelementos»). Un exceso en la dieta se vincula a riesgos para la salud. Insaturados: poseen uno o más dobles enlaces. En la naturaleza predomina la configuración geométrica cis sobre la conformación trans. Esta disposición cis introduce dobleces en la cadena, lo cual dificulta la agregación entre moléculas contiguas y ocasiona un punto de fusión menor en ácidos grasos insaturados respecto a los saturados equivalentes.

La unión entre ácidos grasos y alcoholes forma las dos clases principales de lípidos saponificables simples: Acilgliceroles (o acilglicéridos): derivan de la esterificación de una molécula de glicerol con uno, dos o tres ácidos grasos (monoacilgliceroles, diacilgliceroles o triacilgliceroles). En cada enlace éster formado se libera una molécula de agua. Representan la mayor reserva energética celular al concentrar gran densidad calórica anhidra. 1 Céridos (ceras): se obtienen mediante esterificación entre un ácido graso y un alcohol monovalente de cadena larga.

Su carácter intensamente hidrófobo les otorga insolubilidad en agua, actuando como cubiertas protectoras e impermeabilizantes y proporcionando aislamiento térmico. 2 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 24 DEFINICIÓN La saponificación consiste en la hidrólisis alcalina de los triacilgliceroles en presencia de una base fuerte como NaOH. Esta ruptura libera glicerol libre y sales sódicas o potásicas de ácidos grasos, denominadas químicamente jabones. Esquema de la reacción de saponificación de un triacilglicerol. COMPRUEBA 32 ¿Por qué un triacilglicerol rico en ácidos grasos cis-insaturados se mantiene líquido a temperatura ambiente mientras que uno saturado se solidifica?

Lípidos saponificables complejos: fosfolípidos y glucolípidos Los lípidos complejos integran la matriz de las bicapas celulares (véase «Membranas biológicas: organización, fluidez y transducción»). Su rasgo característico es su marcado carácter anfipático, consistente en una cabeza polar afín al agua y una o dos colas apolares hidrófobas.

Familia Estructura base Colas apolares Componente polar de cabeza Fosfoglicéridos Glicerol Dos cadenas de ácidos grasos Grupo fosfato unido a un alcohol sustituyente Fosfoesfingolípidos Esfingosina (aminoalcohol de cadena larga) Cadena de esfingosina + un ácido graso Grupo fosfato acoplado a un alcohol polar Glucoesfingolípidos (Cerebrósidos y Gangliósidos) Esfingosina Cadena de esfingosina + un ácido graso Glúcido neutro (cerebrósido) u oligosacárido ramificado (gangliósido) En los esfingolípidos y glucoesfingolípidos, el esqueleto central no es el glicerol, sino el aminoalcohol esfingosina acilado por un ácido graso.

Esta arquitectura conserva dos prolongaciones hidrófobas paralelas y un extremo polar orientado al medio acuoso. Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 25 ERROR FRECUENTE Asumir que todos los fosfolípidos y lípidos de membrana contienen glicerol en su esqueleto central. Los fosfoesfingolípidos y los glucoesfingolípidos contienen el aminoalcohol esfingosina y carecen por completo de glicerol. COMPRUEBA 33 ¿En qué elemento estructural clave difiere la arquitectura esquelética de un fosfoglicérido de la de un cerebrósido?

Lípidos insaponificables: isoprenoides, eicosanoides y esteroides Los lípidos insaponificables no contienen enlaces éster hidrolizables de ácidos grasos: Terpenos o isoprenoides: polímeros formados por la unión ordenada de unidades de isopreno (generalmente de 1 a 8 unidades). Pueden adoptar estructuras lineales o cíclicas y cumplen papeles como pigmentos fotosintéticos, intermediarios hormonales y sustancias de defensa vegetal. Eicosanoides: moléculas derivadas de un ácido graso poliinsaturado de 20 carbonos proveniente de ácidos grasos esenciales (como las familias omega 3 y omega 6).

Se originaron inicialmente vinculadas al tejido prostático, pero modulan una extensa diversidad de funciones tisulares: mediación de procesos inflamatorios, sensación de dolor, respuesta febril, agregación plaquetaria en la coagulación, regulación de la presión sanguínea y funciones reproductivas. Esteroides: compuestos lipídicos derivados de un núcleo básico compartido. Este núcleo esteroide básico presente en el colesterol está compuesto por una estructura hidrocarbonada de 17 carbonos distribuida en cuatro anillos (núcleo de ciclopentanoperhidrofenantreno).

Esteroides relevantes Estructura y propiedades Función biológica principal Colesterol Esterol anfipático con un grupo polar hidroxilo ( ) Componente de membranas en células animales; precursor de ácidos biliares y hormonas Ácidos biliares Derivados polares con grupos hidroxilo ( ) hidrosolubles Detergentes intestinales que emulsionan las grasas para favorecer el ataque enzimático digestivo Testosterona y Estradiol Hormonas esteroideas hidrófobas unidas a proteínas séricas Regulación sexual y diferenciación reproductiva Cortisol Glucocorticoide transportado en plasma Control y reprogramación metabólica de glúcidos, lípidos y proteínas Aldosterona Mineralocorticoide suprarrenal Regulación de la eliminación renal de agua y sales minerales OH OH Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 26 Debido a su naturaleza lipófila, las hormonas esteroideas circulan en el torrente sanguíneo unidas a proteínas transportadoras plasmáticas específicas.

Al alcanzar las células diana, atraviesan libremente la bicapa e inducen modificaciones directas sobre la expresión génica y las vías metabólicas. COMPRUEBA 34 ¿Cómo facilitan los ácidos biliares la digestión lipídica en el tracto intestinal? IDEAS CLAVE Los lípidos saponificables contienen ácidos grasos y generan sales sódicas o potásicas (jabones) mediante hidrólisis alcalina con bases fuertes. Los dobles enlaces cis en ácidos grasos insaturados generan acodamientos que impiden la cohesión densa, disminuyendo su punto de fusión. Los fosfoglicéridos y esfingolípidos son moléculas anfipáticas clave para la integridad y organización de las bicapas celulares.

El núcleo esteroide básico presente en el colesterol está compuesto por una estructura hidrocarbonada de 17 carbonos distribuida en cuatro anillos. Los eicosanoides son mediadores insaponificables de 20 carbonos derivados de ácidos grasos esenciales omega 3 y omega 6 que regulan el dolor, la fiebre, la presión y la coagulación. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 35. ¿Qué reactivos y productos intervienen en una reacción de saponificación típica de un triacilglicerol? 36. ¿Cuál es la constitución molecular de los céridos y qué rol adaptativo desempeñan? 37. ¿Qué funciones fisiológicas clave desempeñan el cortisol y la aldosterona tras su transporte en sangre? Test Rodea la respuesta correcta.

Las soluciones están al final. 38. ¿Qué factor causa que los ácidos grasos insaturados cis tengan un menor punto de fusión? 39. ¿Cuál de las siguientes biomoléculas carece por completo de glicerol en su esqueleto? Menor masa atómica de la cadena lineal a) Pérdida del grupo funcional carboxilo terminal b) Mayor capacidad para unirse al glicerol c) Presencia de dobles enlaces que generan acodamientos d) Gangliósido a) Diacilglicerol b) Fosfoglicérido c) Triacilglicerol d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 27 40. ¿Cuántos carbonos integran la estructura anular compartida del núcleo esteroide? 41.

¿A partir de qué precursor estructural de 20 carbonos se sintetizan los eicosanoides? 5 Aminoácidos, enlace peptídico y arquitectura de proteínas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la reactividad anfótera y el cálculo cualitativo de la carga eléctrica en función del pI. Clasificar los 20 aminoácidos según las propiedades químicas de su cadena lateral. Describir los enlaces estabilizadores de las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas. Explicar las características de la hélice alfa e identificar los aminoácidos que desestabilizan su conformación.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 42 ¿Por qué un cambio drástico de pH altera la estructura de una proteína pero no destruye su secuencia primaria? Las proteínas son macromoléculas biológicas esenciales con funciones enzimáticas, estructurales y de transporte específicas en los seres vivos. Para comprender su organización tridimensional y su enorme diversidad funcional, es necesario analizar primero a sus monómeros fundamentales: los aminoácidos.

18 carbonos en cinco anillos a) 17 carbonos en cuatro anillos b) 20 carbonos en tres anillos c) 15 carbonos en cuatro anillos d) Polímero de cuatro unidades de isopreno a) Molécula de colesterol descarboxilada b) Ácido graso poliinsaturado esencial c) Cadena lineal de esfingosina ramificada d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 28 ESQUEMA Arquitectura general y estudio de las proteínas 1. Estructura y propiedades físico-químicas de los aminoácidos Los monómeros que constituyen las cadenas polipeptídicas son los alfa-aminoácidos.

Su estructura básica consta de un carbono central ( ) unido simultáneamente a cuatro sustituyentes: un grupo amino básico ( ), un grupo carboxilo ácido (-COOH), un átomo de hidrógeno ( ) y una cadena lateral variable denominada grupo R. Esquema de la estructura general de un alfa-aminoácido con sus cuatro sustituyentes. Dado que el carbono está enlazado a cuatro sustituyentes químicos distintos, constituye un centro quiral o asimétrico. Por esta razón, todos los aminoácidos estándar presentan carbono asimétrico y actividad óptica, excepto la glicina, cuyo grupo R es un simple hidrógeno.

En disolución acuosa, los Monómeros: Alfa- aminoácidos Estructura anfótera, carbono asimétrico y punto isoeléctrico Clasificación por grupo R Apolares, polares neutros, ácidos y básicos Funciones fisiológicas libres Neurotransmisores, ciclo de urea y precursores Enlace peptídico Unión covalente carboxilo-amino entre residuos Niveles de conformación Primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria Clases conformacionales Globulares hidrosolubles frente a fibrosas insolubles Desnaturalización Pérdida irreversible de la conformación nativa C α NH 2 H C α Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 29 aminoácidos exhiben un comportamiento anfótero: el carboxilo actúa cediendo protones y el amino aceptándolos.

DEFINICIÓN El punto isoeléctrico (pI) representa el valor de pH en el cual la carga eléctrica neta del aminoácido es exactamente cero, predominando la forma dipolar neutra o zwitterion. Si el pH del medio es inferior al pI del aminoácido, los grupos aceptan protones y la molécula adquiere carga neta positiva. Por el contrario, a un pH superior a su pI, se desprotonan y la molécula muestra una carga eléctrica neta negativa.

Según las propiedades químicas de su cadena lateral R a pH fisiológico, los 20 aminoácidos estándar codificados genéticamente se dividen en cuatro clases principales: Clase de cadena lateral Propiedades de la cadena R Aminoácidos representantes Apolares Hidrofóbicas, sin carga neta Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), Isoleucina (Ile), Prolina (Pro), Fenilalanina (Phe), Triptófano (Trp), Metionina (Met) Polares sin carga Hidrofílicas neutras Serina (Ser), Treonina (Thr), Tirosina (Tyr), Asparagina (Asn), Glutamina (Gln) Ácidos Carga negativa neta a pH fisiológico Aspartato (Asp), Glutamato (Glu) Básicos Carga positiva neta a pH fisiológico Lisina (Lys), Arginina (Arg), Histidina (His) ERROR FRECUENTE Asumir que todos los aminoácidos presentan actividad óptica y carbono quiral.

La glicina cuenta con dos átomos de hidrógeno idénticos unidos a su , por lo que es la única molécula de este grupo carente de estereoisomería óptica. COMPRUEBA 43 ¿Qué carga neta presenta la glicina si se encuentra en un tampón a pH alcalino, superior a su pI? 2. Actividad biológica independiente y enlace peptídico Además de actuar como bloques de construcción proteica, muchos aminoácidos libres y péptidos cortos desempeñan funciones fisiológicas autónomas cruciales. Participan como neurotransmisores (por ejemplo, glutamato y GABA) y como precursores de biomoléculas clave, tales como serotonina, C α Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 30 melatonina u hormonas.

También funcionan como intermediarios metabólicos en el ciclo de la urea (arginina, citrulina y ornitina) o intervienen en la biosíntesis de bases nitrogenadas, clorofila y grupos hemo. Estructura química de la molécula del grupo hemo con hierro coordinado central. Asimismo, existen pequeños oligopéptidos con trascendencia endocrina y reguladora primordial, entre los que destacan la insulina, la vasopresina y la oxitocina. La polimerización lineal ocurre mediante la formación del enlace peptídico. Se trata de un enlace covalente establecido entre el grupo carboxilo de un primer aminoácido y el grupo amino del residuo subsiguiente, generando la secuencia polipeptídica básica.

COMPRUEBA 44 ¿En qué rutas metabólicas o moléculas funcionales intervienen los aminoácidos no incorporados a proteínas? 3. Niveles de organización estructural de las proteínas La ordenación tridimensional de una proteína se divide conceptualmente en cuatro niveles jerárquicos continuos: Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 31 Diagrama de los cuatro niveles de organización estructural en las proteínas. Estructura primaria: constituye la secuencia lineal de aminoácidos unidos covalentemente por enlaces peptídicos. Esta secuencia elemental determina y condiciona de forma unívoca el plegamiento tridimensional ulterior.

Estructura secundaria: disposición espacial local de la cadena, estabilizada por puentes de hidrógeno entre los átomos del esqueleto peptídico. Destacan la lámina plegada (que puede orientarse de forma paralela o antiparalela) y la hélice alfa. La hélice alfa globular tipo presenta una conformación dextrógira estabilizada por puentes de hidrógeno con 3,6 aminoácidos por vuelta. Determinados residuos rompen esta geometría regular: los aminoácidos incompatibles con la formación continua de hélices alfa son prolina, glicina, glutamato, aspartato y triptófano. La asociación coordinada de hélices y láminas genera motivos o estructuras supersecundarias.

Estructura terciaria: conformación tridimensional globular o fibrosa definitiva adquirida mediante el plegamiento de la estructura secundaria. Su arquitectura se mantiene mediante interacciones electrostáticas (como pares iónicos Glu-Lys), interacciones hidrofóbicas entre núcleos apolares (Phe-Phe), puentes de hidrógeno e interacciones polares (Ser-Thr). Puede incluir además enlaces covalentes mediante puentes disulfuro. Estructura cuaternaria: ensamblaje espacial de múltiples cadenas polipeptídicas independientes, denominadas subunidades o monómeros, para constituir un complejo proteico oligomérico o multimérico funcional.

La unidad que se repite en estos complejos recibe el nombre de protómero. Por ejemplo, existen oligómeros de dos subunidades (dímeros), tres (trímeros) o cuatro como el tetrámero de la hemoglobina.

Según su conformación terciaria y solubilidad, las proteínas se clasifican en dos grandes familias: Propiedad Proteínas globulares Proteínas fibrosas Morfología Estructura esferoidal compacta y plegada Cadenas enrolladas helicoidales o extendidas Solubilidad Solubles en medios acuosos Insolubles en agua Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 32 Propiedad Proteínas globulares Proteínas fibrosas Función típica Dinámica, transporte, enzimática (albúminas, mioglobina, ferritina) Soporte mecánico y protección (queratina del cabello, colágeno, fibroína de la seda) Composición estructural Mioglobina (mayoritariamente hélice alfa), Ferritina (75 % de hélice alfa) Predominio de elementos secundarios regulares continuos DEFINICIÓN La desnaturalización es la pérdida de la estructura tridimensional nativa de la proteína (secundaria, terciaria o cuaternaria), provocada por variaciones de temperatura o pH, con la consecuente anulación de su función biológica sin romper los enlaces peptídicos de la estructura primaria.

COMPRUEBA 45 ¿Por qué la presencia de prolina o glicina impide la propagación de una hélice alfa? IDEAS CLAVE Los alfa-aminoácidos presentan un carbono quiral asimétrico y actividad óptica, con la excepción de la glicina. El punto isoeléctrico (pI) marca el pH donde la molécula adopta forma dipolar neutra con carga global cero. El enlace peptídico une el carboxilo de un aminoácido con el amino siguiente para formar la estructura primaria. La hélice alfa canónica es dextrógira, con 3,6 residuos por vuelta, y resulta desestabilizada por Pro, Gly, Glu, Asp y Trp. La estructura terciaria se sostiene por enlaces hidrófobos, iónicos, polares, puentes de hidrógeno y puentes disulfuro covalentes.

La desnaturalización destruye la conformación tridimensional activa de la proteína sin romper el esqueleto peptídico primario. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 46. ¿Qué distingue estructuralmente a la glicina del resto de aminoácidos estándar? 47. ¿Qué tipos de enlaces e interacciones estabilizan la conformación terciaria nativa de una proteína? 48. ¿En qué se diferencian funcional y estructuralmente las proteínas globulares de las fibrosas? Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 33 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 49. ¿Cuál de los siguientes aminoácidos carece por completo de actividad óptica? 50.

¿Qué residuos desestabilizan de manera característica la continuidad de una hélice alfa? 51. ¿Qué ocurre con un aminoácido disuelto en un medio con pH inferior a su pI? 52. ¿Qué interacción de la estructura terciaria posee naturaleza estrictamente covalente? 6 Nucleótidos y estructura de los ácidos nucleicos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los componentes de nucleósidos y nucleótidos reconociendo sus enlaces característicos. Describir la doble hélice de ADN aplicando las reglas de complementariedad de bases de Chargaff. Explicar las características estructurales y funciones del ARNm, ARNt y ARNr en la célula.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 53 ¿Por qué la doble hélice de ADN puede separarse reversiblemente sin romper sus cadenas individuales? Componentes moleculares de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son macromoléculas encargadas de almacenar y transmitir la información genética en forma de genes. Su unidad básica estructural es el nucleótido, mientras que la unión exclusiva de una base y un azúcar recibe el nombre de nucleósido.

Prolina a) Glicina b) Triptófano c) Alanina d) Pro, Gly, Glu, Asp y Trp a) Ala, Val y Leu b) Ser, Thr y Asn c) Met, Phe e Ile d) Adquiere carga neta positiva a) Adquiere carga neta negativa b) Sufre hidrólisis espontánea c) Su carga neta es cero d) Puente disulfuro a) Interacciones hidrófobas Phe-Phe b) Fuerzas electrostáticas Glu-Lys c) Puente de hidrógeno Ser-Thr d) Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 34 DEFINICIÓN Un nucleósido está formado por una base nitrogenada unida a una pentosa mediante un enlace N-β-glucosídico. Al incorporar uno o más grupos fosfato esterificados al glúcido, pasa a ser un nucleótido.

Las bases nitrogenadas son compuestos heterocíclicos planos de naturaleza hidrófoba que se agrupan en dos familias: Purinas: formadas por dos anillos fusionados. Incluyen la adenina (A) y la guanina (G). Los nucleósidos derivados adoptan la terminación -osina (adenosina, guanosina). Pirimidinas: compuestas por un único anillo aromático. Comprenden la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U). Sus nucleósidos llevan el sufijo -idina (citidina, timidina, uridina). Estructura molecular de las bases nitrogenadas púricas y pirimidínicas. Las bases presentan tautomería, un equilibrio químico dinámico entre formas estructurales isoméricas comunes y raras.

Además, tanto las bases aisladas como los nucleótidos poseen una marcada capacidad para absorber radiación ultravioleta con un máximo óptico a 260 nm. El azúcar constituyente marca la distinción entre las dos grandes clases de polinucleótidos: la ribosa en el ácido ribonucleico (ARN), que contiene A, G, C y U; y la desoxirribosa en el ácido desoxirribonucleico (ADN), caracterizado por la presencia de A, G, C y T. COMPRUEBA 54 ¿En qué se diferencian a nivel químico un nucleósido y un nucleótido? Polimerización y el enlace fosfodiéster La unión sucesiva de los monómeros da lugar a la estructura primaria de los ácidos nucleicos.

Este enlace covalente se establece entre el grupo hidroxilo en posición 3' de una pentosa y el grupo fosfato asociado al carbono 5' del nucleótido contiguo. Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 35 El enlace fosfodiéster 3',5' confiere polaridad unidireccional y continua a la cadena, formando un esqueleto alternante de azúcares y fosfatos del que emergen las bases hacia el espacio circundante. ERROR FRECUENTE Confundir la orientación del enlace fosfodiéster con la del enlace glucosídico. El fosfodiéster une carbonos 3' y 5' de pentosas sucesivas a través del fosfato, mientras que el enlace β-glucosídico une la pentosa con la base nitrogenada correspondiente.

PROCESO Flujo de la información genética celular Estructura secundaria y terciaria del ADN El modelo propuesto por Watson y Crick demostró que el ADN almacena y transmite la información genética organizándose en dos polímeros complementarios arrollados en una doble hélice dextrógira antiparalela. ADN genómico Almacena la información en genes 1 Transcripción Síntesis de molécula de ARN 2 ARN mensajero Transporta el mensaje al citoplasma 3 Traducción Lectura en el ribosoma 4 Cadena de aminoácidos Poliadición y ensamblaje de proteína 5 Bioquímica Médica: Biomoléculas, Membranas y Transporte 36 Esquema del apareamiento por puentes de hidrógeno en C-G y T-A.

La asociación entre cadenas obedece a las reglas de Chargaff y se rige por una rigurosa complementariedad geométrica y química: Guanina con Citosina: se unen mediante 3 puentes de hidrógeno. Adenina con Timina: se asocian mediante 2 puentes de hidrógeno. La doble hélice puede separarse mediante un proceso de desnaturalización frente a elevaciones térmicas acentuadas, pH extremos o concentraciones salinas reducidas. Tras cesar estas condiciones desestabilizadoras, las cadenas experimentan renaturalización o hibridación reversible guiada por la complementariedad de…