Las Bases De La Bioquimica

INTRODUCCIÓN.
El objetivo de la Bioquímica es explicar en términos químicos las estructuras y las funciones de los seres vivos. También veremos la química orgánica que habitualmente se considera como la química del carbono y de sus compuestos, teniendo en cuenta que la química del carbono constituye la base de la química de los seres vivos.
FUNDAMENTOS QUÍMICOS.
- La materia esta constituida por átomos.
La unidad fundamental de la materia es el átomo constituida por subpartículas: protón, neutrón y electrón.
Los átomos no presentan carga neta, su numero de protones y electrones es el mismo. Existen átomos cargados, denominados iones, si pierden electrones, los átomos presentaran mayor numero de protones y su carga sera positiva y formaran cationes; y si los ganan, tendrán mayor numero de cargas negativas y constituirán aniones.
Los protones y neutrones están en el núcleo del átomo y los electrones se encuentran alrededor de este en los orbitales atómicos.
-Los orbitales atómicos quedan definidos por los números cuánticos.
Los electrones se localizan en orbitales atómicos, zonas que rodean al núcleo. Para cada átomo existe un número definido de orbitales y para cada orbital queda definido por un conjunto de 3 números que les llaman números cuánticos:

1. Número Cuántico Principal (n): describe el tamaño y la energía del orbital. 
2. Número Cuántico Azimutal (l): el subnivel de energía y define la forma geométrica del orbital. Se representa con las letras s, p, d y f.
3. Número Cuántico Magnético (m): define la orientación en el espacio si se fijan unos ejes de referencia arbitrarios (x, y, z).

Los electrones se distribuyen en estos orbitales, cada orbital alberga un máximo de 2 electrones. Un cuarto número que permite identificar los dos electrones de un mismo orbital es el número de spín, reflejando el movimiento de los electrones respecto a un eje en un campo magnético.

-¿Que determina el orden de los elementos en la tabla periódica?.

Cada celda de la tabla periódica contiene un elemento identificado con un símbolo, el numero másico y el número atómico. El último elemento de cada período tiene completo su último nivel de energía y se denomina gas  noble.

-Los elementos se combinan y forman moléculas.

Los átomos tienden a asociarse formando moléculas. La unión de los átomos se da a través de enlaces químicos y estos nuevos agregados se comportan como unidades fundamentales de nuevas sustancias. 

Las moléculas que están constituidas por átomos de diferentes elementos se denominan compuestos.

Los electrones de las últimas capas ocupan los niveles de mayor energía y se conocen como electrones de valencia.

La electronegatividad es la tendencia que tienen los átomos de atraer hacia sí el par de electrones compartidos.

Los átomos que tengan mas electrones en su última capa son mas electronegativos. Cuando los átomos poseen una elevada electronegatividad, el enlace se forma porque comparten sus electrones de valencia hasta completar su última capa; denominado enlace covalente, es el que se da principalmente en las moléculas biológicas.

De la combinación de dos orbitales atómicos surge un orbital molecular teniendo menor energía que los orbitales atómicos.

La molécula posee una alta energía potencial y se dice que se encuentra en un estado excitado.

-Orbitales híbridos. La tetravalencia del carbono.

El carbono, el nitrógeno y el oxigeno, los orbitales s y p de la ultima capa están tan próximos en su nivel de energía que pueden interaccionar formando orbitales híbridos.

-Enlace Covalente coordinado o dativo.

Para que se forme este tipo de enlace, un átomo tienen que tener un par de electrones sin enlace, es decir un par solitario en su nivel mas externo, y el otro debe disponer de un orbital vació.

-Polaridad y enlaces polares.

 Cuando 2 átomos de electronegatividades diferentes forman un enlace covalente, los electrones no son compartidos, de forma que serán atraídos con mas fuerza por el mas electronegativo y de aquí se forma un enlace covalente polar, en el que el átomo mas electronegativo presenta una mayor densidad de carga negativa.

-Los grupos funcionales determinan las interacciones entre biomoléculas.

Las moléculas biológicas pueden formar largas estructuras lineales, ramificadas e incluso ciclicas. debido a que la unión entre carbono e hidrógeno es de naturaleza no polar, sera necesaria para las moleculas biológicas con colaboración de otros átomos que les permitan formar y romper enlaces, haciendo que estas moléculas sean mas reactivas.

los elementos químicos fundamentales en la radiactividad de las biomoléculas son O y el N, que hacen reaccionar entre si a las moléculas que los porten.

-Las interacciones débiles determinan la función de la molécula.

todo proceso biológico se produce gracias a las interacciones débiles establecidas entre moléculas. Las moléculas deben interaccionar para comenzar una acción y posteriormente separarse. Estas interacciones son débiles, pero la suma de muchas de ellas en la posición correcta, hará que la unión sea altamente especifica y fuerte, ademas de ser vital para la vida en la célula.

Las interacciones débiles pueden ser de naturaleza electrostática o hidrofobica. Las primeras incluyen los puentes de hidrógeno, los puentes salinos y las fuerzas de van de Waals.

-Puente de hidrógeno.

Es de naturaleza relativamente fuerte, común entre moléculas polares en un medio acuoso.

Para que se forme un puente de hidrógeno es necesaria la presencia de un átomo de hidrógeno unido convalentemente a un átomo electronegativo.

-Enlace ionico o puente salino.

Los iones establecen entre si, interacciones de tipo electrostático, también denominadas puente salino.

Entre los grupos funcionales que se comportan como iones a pH fisiológico se encuentran los grupos amino y carboxilo, que utilizan este tipo de enlace débil para interactuar con el agua y otras moléculas.  

-Fuerzas de van der Waals.

Interacciones muy débiles que mantienen unidas temporalmente átomos o moléculas no polares, dependen de la distancia entre átomos. Son dipolos temporales. Puede establecerse un dipolo temporal en un enlace covalente no polar.

-Interacción hidrofobica.

Las fuerzas hidrofobicas no presentan naturaleza electrostática. Se dan entre moléculas y grupos funcionales no polares. La interacción se basa únicamente en la imposibilidad que tiene la molécula hidrofobica en interaccionar con el agua.

EL AGUA COMO PRINCIPAL DISOLVENTE BIOLÓGICO.

-La molécula de agua es un dipolo.

El agua es el medio líquido fundamental en el que se va desarrollar la mayor parte de las reacciones químicas de la célula, principal disolvente biológico. La molécula del agua presenta la característica química de comportarse como un dipolo, esta disposición es debida a la diferente electronegatividad entre los átomos de H y el átomo de O. Las interacciones débiles que establece una molécula de agua con las de su alrededor se realiza mediante puentes de hidrógeno.
Muy rara vez una molécula de agua se disocia en dos especies ionicas denominadas iones hidronio e ion hidroxilo.
-Química de los ácidos y de las bases.
 Según Lewis, una base es una sustancia con un par de electrones disponibles para formar un enlace covalente dativo, mientras que el ácido es una molécula en la que existe un átomo capaz de aceptar un par de electrones ya que posee un orbital externo libre.
Y según Bronsted Lowry, un ácido es una sustancia que puede ceder un protón y una base es aquella que puede aceptar un protón al reaccionar con un ácido. Existen sustancias denominadas anfóteras que se comportan como ácidos y como bases un ejemplo es el agua.
-El pH y el pKa.
La acidez de una solución se mide por la concentración de iones hidronio o protones.
El pH solo es una manera de expresar la concentración del ion hidronio. Se puede considerar el pH como la concentración en química.
-Las soluciones tampón regulan el pH de la célula.
Los tampones son sistemas acuosos que tienden a amortiguar los cambios que tiene el pH, cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o de base. Estos sistemas tampón están constituidos por un ácido débil y su base conjugada o al contrario.
El principal tampón biológico intracelular es el tampón Fosfato, es capaz de resistir los cambios del pH.
LAS REACCIONES QUÍMICAS EN LA CÉLULA.
-Equilibrio de una reacción química.
Cuando la velocidad de reacción que va hacia adelante y la velocidad de la reacción marcha atrás se igualan, se dice que la reacción alcanza el equilibrio.
En el equilibrio, las velocidades se igualan, y la reacción entre la concentración de productos de reactivos y productos es constante.