Conceptos Esenciales de Bioquímica: Bioelementos, Enzimas y Equilibrio Ácido-Base

Fundamentos de Bioquímica: Conceptos y Aplicaciones

I. Complete los Espacios en Blanco

1. La Bioquímica es la ciencia que se ocupa de la química de la vida.
2. Las reacciones bioquímicas ocurren en las células y son de dos tipos: catabolismo y anabolismo.
3. La Bioquímica, al ser una ciencia de laboratorio, se basa en las leyes de la Física y la Química.
4. Los componentes básicos de la materia viva son: 1) bioelementos, 2) biomoléculas y 3) células.
5. Los bioelementos básicos de la materia viva son: a) Carbono (C), b) Hidrógeno (H), c) Oxígeno (O), d) Nitrógeno (N), e) Fósforo (P) y f) Azufre (S).
6. El dogma central de la vida fluye a partir del ADN hacia el ARN y luego a las proteínas.
7. Es una molécula dipolar que interactúa con la mayoría de bioelementos y moléculas: el agua.
8. El proceso bioquímico interactúa materia y energía con su entorno, por lo tanto, es un sistema abierto.
9. Un nonapéptido contiene nueve aminoácidos.
10. Las proteínas estructurales son: a) Colágeno, b) Elastina y c) Queratina.
11. Las enzimas necesitan de un sitio activo para unirse al sustrato.

II. Conceptos Fundamentales y Definiciones Clave

Aminoácidos

Formados por grupo funcional amino y carboxilo.

Agua

Molécula vital de todo ser vivo.

Péptidos

Conformados por monómeros de aminoácidos.

Proteínas

Unidad básica estructural y funcional del cuerpo.

Enlace peptídico

Une aminoácidos en las proteínas.

Glutatión

Elimina tóxicos y medicamentos.

Cisteína

Contiene azufre en su estructura.

Agua ligada

Unida a macromoléculas.

Km (Constante de Michaelis)

Mide la afinidad de una enzima por el sustrato.

Enzimas

Facilitan las reacciones químicas (catalizadores biológicos).

III. Preguntas de Desarrollo: Respuestas Directas

1. 1. Ionización de una molécula de agua:

   El agua se disocia en un protón (H⁺) y un ion hidroxilo (OH⁻):
   H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻.

2. 2. Formación de un enlace peptídico:

   Por una reacción de condensación entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH₂) de otro, liberando una molécula de agua (H₂O).

3. 3. Definición de aminoácido esencial:

   Porque el cuerpo no puede sintetizarlo en cantidad suficiente y debe obtenerse de la dieta.

4. 4. Efectos de un pH superior a 7,8 (Alcalosis):

   El medio se vuelve alcalino, las moléculas pierden protones (H⁺), aumenta la carga negativa y se pueden desnaturalizar las enzimas.

5. 5. Utilidad de la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

   Sirve para calcular el pH de soluciones amortiguadoras (buffer) y analizar el equilibrio ácido-base.

6. 6. Clasificación de las enzimas:

   Se clasifican en seis clases principales, según la reacción que catalizan:

   • Oxidorreductasas
   • Transferasas
   • Hidrolasas
   • Liasas
   • Isomerasas
   • Ligasas

7. 7. Secuencia de la actividad enzimática:

   E + S ⇌ ES → E + P (Donde E=Enzima, S=Sustrato, ES=Complejo Enzima-Sustrato, P=Producto).

8. 8. Factores que intervienen en la actividad enzimática:

   Los principales factores son: Temperatura, pH, concentración de sustrato y enzima, y la presencia de inhibidores o activadores.

9. 9. Aminoácidos esenciales para adultos:

   Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptófano y Valina.

IV. Ejercicios Prácticos y Cálculos Bioquímicos

1. 1. Cálculo de pH de una solución de ácido acético

   Calcule el pH de una solución de ácido acético 0,2 M, si su Ka = 1,75 × 10⁻⁵.

   Fórmula: [H⁺] = √(Ka × Ca)
   [H⁺] = √(1,75 × 10⁻⁵ × 0,2)
   [H⁺] ≈ 1,87 × 10⁻³ M
   pH = −log[H⁺] = −log(1,87 × 10⁻³)
   El pH ≈ 2,73

2. 2. Cálculo de la proporción de agua corporal

   Calcule la proporción de agua que le corresponde para un peso de 65 kg, según género:

   • Hombre (60% del peso corporal): 65 kg × 0,60 = 39 litros
   • Mujer (55% del peso corporal): 65 kg × 0,55 = 35,75 litros

3. 3. Carga neta de un zwitterion

   Si tuviera un aminoácido cargado en forma de un zwitterion, cuál sería su carga neta:

   La carga neta es Cero (0), ya que posee cargas positivas y negativas que se neutralizan internamente.

4. 4. Componentes esenciales para la síntesis proteica

   Para la síntesis proteica, qué componentes deben existir siempre:

   Aminoácidos, ARNm (ARN mensajero), ribosomas, ARNt (ARN de transferencia) y ATP/GTP (energía).

5. 5. Estructura de un dipéptido

   Señale la estructura de un dipéptido:

   Dos aminoácidos unidos por un enlace peptídico (-CO–NH-), con un extremo N-terminal (amino libre) y un extremo C-terminal (carboxilo libre).

6. 6. Clasificación de proteínas según solubilidad

   Cómo se clasifican las proteínas según solubilidad:

   • Globulares: Solubles en agua o soluciones salinas.
   • Fibrosas: Insolubles en agua.