Bioquímica Celular: Estructura y Función de Biomoléculas

Introducción a la Bioquímica Celular

Átomos de Carbono y Enlaces

Los átomos de carbono poseen 4 electrones de valencia, lo que les permite formar enlaces simples con hidrógeno (H) y enlaces simples y dobles con oxígeno (O) y nitrógeno (N).

Orgánulos Celulares

Los orgánulos son estructuras subcelulares con funciones específicas:

• Citoplasma: Organizado por filamentos, es el medio interno de la célula.
• Núcleo: Contiene la información genética.
• Mitocondria: Produce ATP (adenosín trifosfato), la principal fuente de energía celular.
• Cloroplasto (en vegetales): Convierte la luz solar en energía química.
• Retículo Endoplasmático (RE): Procesa y selecciona proteínas, e intercambia materia con el entorno.
  • RE liso (REL): Metabolismo de lípidos y detoxificación.
  • RE rugoso (RER): Síntesis de proteínas con ayuda de ribosomas y chaperonas.
• Aparato de Golgi (AG): Modifica y empaqueta proteínas en gránulos de secreción que se vierten al exterior.
• Endosoma: Participa en la introducción de iones y moléculas.
• Lisosoma: Contiene enzimas digestivas.
• Vacuolas: Almacenan agua y nutrientes.

Movimiento Browniano

Robert Brown observó el movimiento aleatorio de partículas de polen en agua, causado por colisiones con moléculas de gas y agua. La velocidad de este movimiento está determinada por la temperatura.

Propiedades del Agua

El agua tiene propiedades únicas:

• Forma enlaces débiles cuando está ionizada.
• Es un buen disolvente.
• Es líquida a temperatura ambiente.
• Tiene un calor específico elevado.
• Adopta una estructura tetraédrica alrededor del oxígeno, formando una estructura reticular.
• Las fuerzas de Van der Waals causan repulsión a distancias pequeñas.

Termodinámica y pH

• Segunda ley de la termodinámica: El desorden (entropía) de un sistema tiende a aumentar. Por ejemplo, las moléculas de benceno se reorientan espontáneamente.
• pH: Los tampones mantienen el pH en equilibrio. A mayor K_a, más fuerte es el ácido. La curva de titulación muestra cómo cambia el pH al añadir una base (OH^-). En el punto medio, pH = pK_a. Los tampones son esenciales para mantener el pH en sistemas biológicos.
• Primera ley de la termodinámica: La energía total de un sistema y su entorno permanece constante.
• Entalpía (H): Representa el contenido calórico de un sistema.
• Energía libre de Gibbs (G): Es la cantidad de energía que puede realizar trabajo.
• Reacciones redox: La especie dadora se reduce y la aceptora se oxida. Cuanto más negativo es el potencial redox, más reducida está la especie.
• Flavinas: Derivan de la riboflavina. La flavina + ribitol forman la riboflavina.

Aminoácidos y Estructura de Proteínas

Aminoácidos

Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos. Un carbono alfa unido a 4 grupos diferentes es quiral. Se clasifican según su grupo R. La curva de titulación muestra el punto isoeléctrico (pI), que es el pH al que la carga neta del aminoácido es 0. Los aminoácidos no estándar provienen de los estándar, no son incorporados por los ribosomas, son poco frecuentes y producen modificaciones reversibles postraduccionales.

Estructura de Proteínas

• Estructura primaria: Es la secuencia de aminoácidos que compone la cadena polipeptídica y está relacionada con la función de la proteína.
• Estructura secundaria: Es la disposición espacial del esqueleto carbonatado, sin tener en cuenta las cadenas laterales. Se forma una estructura tridimensional estabilizada por enlaces de hidrógeno.
  • Hélice alfa: Estructura cilíndrica con el esqueleto enrollado y las cadenas laterales orientadas hacia afuera.
  • Lámina plegada o conformación beta: Estructura en forma de hoja. Las hebras pueden ser antiparalelas (más estables) o paralelas (menos estables). Se estabilizan por puentes de hidrógeno.
• Estructura terciaria: Es la disposición espacial de todos los aminoácidos de la cadena polipeptídica, incluyendo los cofactores.
• Estructura cuaternaria: Se presenta cuando la proteína tiene varias subunidades que interactúan entre sí, como en el caso de la hemoglobina.