Fundamentos de Bioquímica y Química Orgánica: Conceptos Clave

Proteínas y Aminoácidos

Las proteínas son macromoléculas biológicas formadas por cadenas de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Sus funciones en los seres vivos incluyen: estructurales, catalíticas (enzimas), de transporte, regulación, defensa y almacenamiento.

Los aminoácidos (AA) son compuestos orgánicos que poseen un grupo amino (-NH₂), un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de hidrógeno y una cadena lateral R unidos al carbono α. Se diferencian entre sí por la naturaleza del grupo R, que determina sus propiedades químicas y biológicas.

A pH fisiológico, presentan simultáneamente una carga positiva en el grupo amino y una carga negativa en el grupo carboxilo, por lo que poseen carga neta cero, denominándose ión dipolar o zwitterión.

Estructura y Secuencia

Secuencia: Metionina – Isoleucina – Glutamato – Tirosina – Treonina. Se escribe: Met–Ile–Glu–Tyr–Thr. N-terminal: Metionina; C-terminal: Treonina. La cadena se escribe siempre desde el extremo amino hacia el extremo carboxilo.

• Estructura primaria: Secuencia lineal de AA unidos por enlaces peptídicos.
• Estructura secundaria: Plegamiento local (hélice α, lámina β plegada) estabilizado por puentes de hidrógeno.

La sustitución menos perjudicial sería: Valina → Alanina. La valina y la alanina son aminoácidos alifáticos, apolares e hidrofóbicos con propiedades fisicoquímicas similares. En cambio, la tirosina posee un anillo aromático y un grupo hidroxilo, siendo más voluminosa y polar, lo que puede alterar la estructura o función de la proteína.

• Estructura terciaria: Disposición tridimensional completa estabilizada por puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, interacciones iónicas y puentes disulfuro.
• Estructura cuaternaria: Asociación de 2 o más cadenas polipeptídicas.

Química Orgánica: Reactividad y Mecanismos

Alcoholes

• Oxidación suave (PCC): Primario → Aldehído; Secundario → Cetona; Terciario → No reacciona.
• Oxidación fuerte (H₂CrO₄, KMnO₄, K₂Cr₂O₇): Primario → Ácido carboxílico; Secundario → Cetona.
• Sustitución (HBr): Primario (SN2), Terciario (SN1).
• Deshidratación (H₂SO₄/H₃PO₄ + calor): Alcohol → Alqueno.

Alquenos

• Adición HX: Markovnikov.
• HBr + ROOR: Anti-Markovnikov.
• Hidrogenación (H₂/Pd): Alqueno → Alcano.

Aromaticidad y Sustitución Electrofílica

Para verificar aromaticidad: debe ser cíclico, plano, conjugado y cumplir la regla de 4n+2 electrones π. En la sustitución electrofílica aromática, los grupos activadores (OH, NH₂, CH₃) dirigen a orto-para, mientras que los desactivadores (NO₂, COOH, COR) dirigen a meta.

Aldehídos, Cetonas y Ácidos

Los aldehídos son más reactivos que las cetonas. Los reactivos de Grignard (RMgX) permiten formar enlaces carbono-carbono. En derivados de ácidos, la reactividad sigue el orden: Haluro de acilo > Anhídrido > Éster > Amida.

Conceptos de Reactividad

• Nucleófilos: Ricos en electrones (OH⁻, CN⁻, NH₃, H₂O).
• Electrófilos: Pobres en electrones (H⁺, NO₂⁺, Br⁺).
• Bases fuertes: Favorecen E2 y SN2.
• Bases débiles: Favorecen SN1 y E1.

Reglas Fundamentales

• Regla de Zaitsev: En eliminación, se forma el alqueno más sustituido.
• Markovnikov: En adiciones, el H se une al carbono con más hidrógenos.