burbuja adnLa bioquímica puede definirse como la ciencia que se ocupa del estudio de los constituyentes químicos de las células vivas y las reacciones y procesos que experimentan. La bioquímica también tiene el objetivo de explicar el origen de la vida, un fascinante tema que aún se encuentra en sus primeras etapas.

La vida surgió sobre la faz de la tierra hace unos tres mil millones de años en forma de microorganismos con capacidad para obtener energía a partir de compuestos orgánicos ,inorgánicos o incluso de la luz solar. Esta energía junto a compuestos presentes en la superficie terrestre permitieron la síntesis de una gran variedad de moléculas orgánicas complejas que unidas de forma adecuada dan lugar a las complejas propiedades de los organismos vivos.

Composición química de los seres vivos

Los seres vivos están formados por diferentes moléculas orgánicas e inorgánicas, siendo el agua la sustancia más abundante, constituye entre el 50% y 95% del contenido en peso de una célula. Los cationes sodio, potasio, magnesio y calcio pueden llegar a representar el 1%. El resto del peso de los organismos vivos está formado de macromoléculas compuestas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, así como pequeñas cantidades de otros elementos metálicos y no metálicos.

La mayoría de las biomoléculas poseen un esqueleto carbonado al que se unen diferentes grupos, llamados grupos funcionales, que les confieren propiedades y reactividades características. Así, los azúcares poseen en su estructura los grupos funcionales carbonilo e hidroxilo. Los aminoácidos poseen el grupo amino y el grupo ácido, pudendo contener otros grupos funcionales en su cadena.

Principales tipos de biomoléculas

En la célula encontramos un gran número de moléculas de pequeño tamaño, con masas moleculares inferiores a los 10 000 Dalton (D), que pueden clasificarse en cuatro familias: aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y nucleótidos. Una de las funciones de estas pequeñas moléculas es actuar como monómeros en la síntesis de moléculas mayores (polímeros). Los aminoácidos son los constituyentes básicos de las proteínas; los nucleótidos constituyen los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y pequeñas moléculas de azúcar forman las largas cadenas de algunos hidratos de carbono como el glucógeno.

Aminoácidos y proteínas
Los aminoácidos se clasifican en $\alpha,\beta$ o $\gamma$ dependiendo de la posición del grupo amino respecto al ácido carboxílico. Los $\alpha$-aminoácidos poseen el grupo amino en la posición vecina al carboxílico, de la que también parte la cadena lateral. Las proteínas están formadas por 20 $\alpha$-aminoácidos, aunque algunos de ellos tienen funciones adicionales como es el caso de la glicina y el ácido glutámico que además actúan como neurotransmisores.
Pero no todos los aminoácidos que forman parte de los seres vivos son $\alpha$-aminoácidos. El ácido $\gamma$-aminobutírico (GABA) es un neurotransmisor que se encuentra en el cerebro, la $\beta$-alanina es precursor del ácido pantoténico (vitamina B5).
Los aminoácidos se unen mediante enlaces tipo amida, llamados peptídicos, para formar cadenas de longitud variable. Por debajo de los cincuenta aminoácidos se denominan péptidos, los polipéptidos más largos se les denomina proteínas. Las proteínas desempeñan una gran variedad de funciones en la célula, desde funciones estructurales, enzimáticas, de transporte, etc.

Azúcares e hidratos de carbono

Los azúcares son compuestos orgánicos que contienen en su estructura grupos carbonilo y alcohol. Se llaman aldosas a los que tienen la función aldehído y cetosas a los que tienen la función cetona. El azúcar más conocido y una de las fuentes principales de energía para la célula es la glucosa, formada por seis átomos de carbono con un grupo aldehído en la posición 1.
Estas pequeñas moléculas de azúcar (glucosa, fructosa, galactosa, ribosa...) se denominan monosacáridos y constituyen los monómeros con los que se forman los azúcares de cadena larga o polisacáridos, polímeros constituidos por miles de unidades de monosacáridos.
El glucógeno es un polisacárido formado por unidades de glucosa que emplean los animales como almacén de energía, de él se extraen unidades de glucosa que son "quemadas" para obtener energía. Otros polisacáridos tienen funciones estructurales, como la celulosa, que compone las fibras de la madera o la quitina que forma el caparazón protector de los crustáceos.
Los azúcares también se encuentran formando parte de otras biomoléculas, como es el caso de la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos ribonucleico de desoxiribonucleico. Las glucoproteínas y los glucolípidos, abundantes en la superficie externa de las membranas celulares, son proteínas y lípidos unidos a unidades de azúcar.

Los ácidos grasos
Los ácidos grasos son moléculas que constan de una cadena carbonada y un grupo ácido carboxílico en su extremo, se trata de ácidos monocarboxílicos (R-COOH). La cadena carbonada puede tener enlaces dobles carbono-carbono en cuyo caso se habla de ácidos grasos insaturados, mientras que los que solo poseen enlaces simples carbono-carbono se denominan saturados.
El grupo carboxílico (-COOH) presenta un hidrógeno de elevada acidez, encontrándose ionizado a pH fisiológico, por tanto los ácidos grasos se encuentra en la célula en forma de carboxilatos. Por ejemplo, el ácido oleico se encuentra en forma de oleato o el palmítico en forma de palmitato. Debemos tener en cuenta que las cantidades de ácidos grasos presentes en las células son mínimos, la mayoría se encuentra formando parte de estructuras más complejas como los triacilgliceroles y los fosfoglicéridos, componentes estructurales de las membranas celulares.
Los ácidos grasos son insolubles en agua debido a su larga cadena carbonada (apolar), aunque el grupo ácido si permite la interacción con las moléculas de agua, lo cual da lugar a la formación de micelas en la fase acuosa.

Nucleótidos y ácidos nucleicos
Los nucleótidos son las unidades que constituyen las largas cadenas de los ácidos nucleicos. Están formados por un azúcar (ribosa o desoxirribosa), una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato. Existen cinco bases nitrogenadas y se clasifican en dos familias: púricas y pirimidínicas. Las púricas están formadas por dos anillos condensados y son adenina (A) y guanina (G). Las pirimidínicas constan de un solo anillo y son timina (T), citosina (C) y uracilo (U).
Los nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucléicos (ADN y ARN), pero también poseen importantes funciones energéticas en la célula. Así, la adenosina trifosfato (ATP) almacena la energía liberada en la combustión de los alimentos en forma de enlaces fosfato.

Ácido desoxirribonucleico (ADN)
Está formado por el azúcar desoxirribosa y por las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y timina. Además contiene un grupo fosfato encargado de unir entre sí dos nucleótidos mediente el enlace fosfodiéster. La estructura del ADN es de doble hélice estabilizada mediante puentes de hidrógeno que se establecen entre bases complementarias. La adenina de una cadena establece puentes de hidrógeno con la timina de la cadena complementaria. A su vez la guanina se aparea con la citosina. Se denomina gen a un fragmento de ADN que contiene la información para sintetizar una proteína, aunque el ADN no está involucrado directamente en la síntesis proteíca, sus instrucciones se copian previamente en otra molécula llamada ARN, un proceso conocido como transcripción.

Ácido ribonucleico (ARN)
El ARN está formado por el azúcar ribosa y los nucleótidos adenina, citosina, guanina y uracilo. De igual forma que en el ADN los nucleótidos están unidos a través de enlaces fosfodiéster, pero a diferencia del ADN que es bicatenerio el ARN está formado por una única hebra. El ARN se obtiene por copia de un fragmento de ADN en un proceso llamado transcripción. La molécula de ARN abandona el núcleo y se dirige al ribosoma donde traduce la información que contiene en forma de una secuencia de aminoácidos o proteína.
Existen tres tipos de ARN que realizan labores específicas en la síntesis proteica: el ARN mensajero (mRNA); el ARN ribosómico (rRNA) y el ARN de transferencia (tRNA). El ARN mensajero se forma en el núcleo celular por copia de un gen del ADN y contiene la información necesaria para sintetizar una proteína. El ARN ribosómico unido a proteínas forma los ribosomas, un complejo supramolecular encargada de unir los aminoácidos que componen la proteína. Por último el ARN de transferencia es el encargado de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma. Cada ARN de transferencia se une de forma específica a un aminoácido y posee una terna de bases complementarias con las del ARN mensajero, lo cual permite el apareamiento de ambos tipos de ARN uniendo los aminoácidos en la secuencia codificada en el mRNA.