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Conceptos Clave de Bioquímica, Genética, Inmunología y Química Redox

Medicina y Salud9 KB

1. Bioquímica y Biología Celular

1.1. Enzimas: Clasificación y Estructura

Las enzimas son catalizadores biológicos clasificados según su función en:

  • Oxidorreductasas: catalizan reacciones de óxido-reducción.
  • Transferasas: transfieren grupos funcionales entre moléculas.
  • Hidrolasas: catalizan la ruptura de enlaces mediante la adición de agua.
  • Liasas: catalizan la adición o eliminación de grupos para formar dobles enlaces sin hidrólisis.
  • Isomerasas: catalizan reordenamientos intramoleculares.

Estructura enzimática:

  • Holoenzima: enzima activa completa, formada por la apoenzima (fracción proteica inactiva por sí sola) unida a un cofactor.
  • Cofactor: puede ser un ion metálico (como el Fe2+) o una molécula orgánica compleja (coenzima, como el NADH).

1.2. Núcleo Interfásico

El núcleo en interfase presenta los siguientes componentes fundamentales:

  • Envoltura nuclear: doble membrana que delimita el compartimento nuclear.
  • Eucromatina: fracción menos condensada, transcripcionalmente activa y de tinción clara.
  • Heterocromatina: fracción densamente condensada, inactiva transcripcionalmente y de tinción oscura.

1.3. Fases de la Profase I Meiótica

  1. Leptoteno: los cromosomas inician su condensación haciéndose visibles al microscopio.
  2. Zigoteno: los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis), formando los complejos bivalentes o tétradas (4 cromátidas).
  3. Paquiteno: se produce la recombinación genética (entrecruzamiento o crossing-over) entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos; se observan los quiasmas.
  4. Diploteno: los cromosomas homólogos comienzan a separarse, manteniéndose unidos transitoriamente por los quiasmas.
  5. Diacinesis: máxima condensación y empaquetamiento cromosómico; la membrana nuclear empieza a desintegrarse.

1.4. Proteínas Globulares y Ciclo del Nitrógeno

Ejemplos de proteínas globulares:

  • Hemoglobina
  • Insulina
  • Amilasa

Fases del ciclo del nitrógeno:

  1. Fijación
  2. Amonificación
  3. Nitrificación
  4. Asimilación
  5. Desnitrificación

2. Genética Molecular e Inmunología

2.1. Sistema CRISPR-Cas

CRISPR constituye un sistema adaptativo microbiano de defensa inmunológica contra virus (bacteriófagos). La endonucleasa Cas9 se asocia con un ARN guía (ARNg) diseñado con una secuencia homóloga al gen diana. Estos complejos pueden introducirse en la célula mediante vectores virales o nanopartículas. Una vez localizado el ADN celular complementario, la enzima Cas9 introduce un corte de doble cadena en dicho sitio. Posteriormente, los mecanismos de reparación celular pueden sellar los extremos generando mutaciones de inactivación génica o incorporar nuevos moldes exógenos de ADN para la edición precisa.

2.2. Tipos de Inmunoglobulinas (Anticuerpos)

  • IgG: es la más abundante en sangre; activa el complemento, promueve la fagocitosis por macrófagos y microfagos, atraviesa la barrera placentaria para proteger al feto y predomina en la respuesta inmune secundaria.
  • IgA: presente en secreciones corporales (saliva, lágrimas, moco, leche materna/calostro); protege las superficies mucosas contra infecciones microbianas.
  • IgD: anclada a la membrana de los linfocitos B vírgenes; interviene en el reconocimiento antigénico y la activación celular.
  • IgM: primer anticuerpo producido ante el contacto inicial con un antígeno (respuesta inmune primaria); estructura pentamérica de alta avidez, neutraliza patógenos y toxinas.
  • IgE: se une a receptores en mastocitos y basófilos; desencadena la desgranulación y liberación de histamina en respuestas alérgicas e infecciones por parásitos.

2.3. Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC / HLA)

Moléculas de superficie celular formadas por glicoproteínas unidas mediante interacciones no covalentes:

  • MHC Clase I: integrado por una cadena pesada polimórfica (α) y una cadena ligera (β2-microglobulina); se expresa en casi todas las células nucleadas.
  • MHC Clase II: integrado por dos cadenas polipeptídicas transmembrana (α y β) de conformación similar; se expresa principalmente en células presentadoras de antígeno profesionales (células dendríticas, macrófagos y linfocitos B).

Función principal: presentación de péptidos antigénicos a los receptores de los linfocitos T para activar la respuesta adaptativa y discriminar lo propio de lo extraño.

3. Química Analítica y Equilibrio Químico

3.1. Disoluciones Amortiguadoras (Tampones o Buffers)

Caso 1: Ácido débil y su base conjugada (ej. CH3COOH / CH3COONa)

Disociación de la sal: CH3COONa → CH3COO− + Na+

Equilibrio del ácido: CH3COOH + H2O ⇔ CH3COO− + H3O+

  • Si se añade un ácido (H3O+), el equilibrio se desplaza hacia la izquierda consumiendo el exceso de protones.
  • Si se añade una base (OH−), reacciona con H3O+ y el equilibrio se desplaza a la derecha para compensarlo.

Constante de acidez: Ka = [CH3COO−][H3O+] / [CH3COOH]

Ecuación de Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log([Base conjugada] / [Ácido])

Caso 2: Base débil y su ácido conjugado (ej. NH3 / NH4Cl)

Disociación de la sal: NH4Cl → NH4+ + Cl−

Equilibrio de la base: NH3 + H2O ⇔ NH4+ + OH−

Ecuación de amortiguamiento: pOH = pKb + log([Ácido conjugado] / [Base])

3.2. Pilas Electroquímicas (Celdas Galvánicas)

Dispositivos que generan energía eléctrica a partir de una reacción de óxido-reducción espontánea.

  • Puente salino y conductor externo: mantienen la neutralidad eléctrica y permiten el flujo de electrones desde el ánodo (oxidación) hacia el cátodo (reducción).
  • Voltímetro: mide la fuerza electromotriz (FEM) entre ambas semiceldas. El voltaje depende de la naturaleza química de los electrodos, la concentración de las especies y la temperatura.
  • Cálculo de espontaneidad: cuanto más negativo es el potencial estándar de reducción de un metal, mayor es su tendencia a oxidarse y mayor su poder reductor. Por ejemplo, al sumergir una barra de sodio metálico en HCl acuoso, el sodio se oxida espontáneamente (Na → Na+ + e−) liberando gas hidrógeno (H2). Por el contrario, al introducir una barra de plomo (Pb) en una disolución de MgCl2, no hay deposición de magnesio porque el magnesio posee un potencial de reducción mucho más negativo que el del plomo.

3.3. Cubas Electrolíticas y Leyes de Faraday

  1. Primera Ley: la masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica transferida (Q = I · t).
  2. Segunda Ley: para depositar un equivalente químico o gramo de cualquier sustancia, se requiere exactamente 1 Faraday de carga (F ≈ 96500 C/mol de electrones).

Electrólisis del agua:

  • Oxidación (ánodo): 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e−
  • Reducción (cátodo): 4 e− + 4 H2O → 2 H2 + 4 OH− (o 2 e− + 2 H2O → H2 + 2 OH−)
  • Ecuación global: 2 H2O → 2 H2 + O2

3.4. Efecto del Ion Común

Consecuencia directa del Principio de Le Chatelier: corresponde a la disminución de la solubilidad de un precipitado poco soluble al agregar a la disolución un soluto soluble que comparte uno de sus iones constitutivos. Al incrementar la concentración del ion compartido, el equilibrio se desplaza en sentido inverso (hacia la formación de precipitado sólido a la izquierda).

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