Fundamentos bioquimica

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Bioquímica es la ciencia que trata reacciones que involucran átomos y moléculas. Estudia todo lo que 
abarca el mundo orgánico e inorgánico de la vida. Etimológicamente “Bioquímica” viene de las 
palabras “bio”, que significa vida, y “química”, que significa química. Es decir, Bioquímica es la 
Química de la vida. 
La bioquímica atiende los mecanismos y reacciones químicas que se llevan a cavo en la unidad básica 
de la vida: la célula. 
Los virus, por su parte, no son células. Todavía no se ha determinado fijamente que los virus son seres 
vivos. Algunas corrientes afirman que son agentes biológicos, pues presentan características que 
hacen que se tenga esta noción, entre éstas la capacidad de mutar. 
La bioquímica encuentra su ámbito de estudio a nivel molecular, es decir, se interesa por saber qué 
moléculas están presentes en la célula y, a partir de esta información, conocer las reacciones 
químicas que se darán en estas moléculas. 
Las moléculas que forman parte de la célula, conocidas como biomoléculas, son: 
• Carbohidratos 
• Proteínas 
• Lípidos 
• Ácidos Nucleicos 
Estas biomoléculas son polímeros, llamados biopolímeros, formados por unidades estructurales 
conocidas como monómeros. 
Biomolécula Monómeros 
Carbohidrato Azúcares Simples 
Proteína Aminoácidos 
Lípido Son es extremo polimórficos y difíciles de definir estructuralmente. 
Ácido Nucleico 
(ADN, ARN) 
Nucleótidos 
La bioquímica estudia, a nivel molecular, el comportamiento, cómo están estructuradas y cómo 
funcionan las biomoléculas. Este comportamiento se conoce como metabolismo, o conjunto de 
reacciones químicas que se realizan en el organismo para adquirir energía y funcionar como funciona. 
Estas reacciones permiten sintetizar y romper biomoléculas. 
En todos los organismos bióticos, y por tanto en el cuerpo humano, existe un sinnúmero de células 
que se dividen en dos tipos totalmente diferenciados: 
• Procariotas 
• Eucariotas 
Las células eucariotas fueros las primeras en ser identificadas, en lo que a historia de la biología se 
refiere. La primero que se pudo ver en el primer microscopio, muy primitivo comparado con los que 
se dispone actualmente, son tejidos o conjunto de algo que en aquel momento no se podía 
identificar, pero que debido a la forma de celda que presentaba, se le asignó el nombre de “célula”. 
Una vez que la tecnología mejoró, se logró ver que estas células, eucariotas aunque para entonces 
no se sabía, contenían algo que posteriormente recibió el nombre de organelo. 
 
En el citoplasma se encuentran los organelos, entre éstos las vacuolas, el aparato de Golgi, el retículo 
endoplasmático, las mitocondrias, los ribosomas (presentan en absolutamente todas las células) y los 
cloroplastos (presentes únicamente en las células vegetales). La parte líquida del citoplasma se 
conoce como citosol. 
En avance de la tecnología aumentó, y con él se advirtió la existencia de otro tipo de célula que, 
aunque tenía una membrana celular o membrana citoplasmática y un citoplasma (espacio interior de 
la célula, exceptuando el núcleo) con un único tipo de organelo: ribosoma, era diferente porque en 
lugar del núcleo se divisó una masa central en la que se hallaba la información genética. Esta masa se 
conoce actualmente como nucleoide. 
CÉLULA EUCARIOTA CÉLULA PROCARIOTA 
 
De ahí que la diferencia sustancial entre una célula eucariota y una procariota es que en la segunda 
el ADN no está protegido por una membrana, está disperso. 
Membrana 
Celular 
Núcleo 
Citoplasma 
Citosol (parte líquida) 
Ribosomas 
Otros organelos 
Membrana 
Celular 
Nucleoide 
Ribosomas 
Citoplasma 
ADN 
Membrana Citoplasmática o 
Membrana Celular 
Núcleo 
Citoplasma 
La célula vegetal normalmente es más grande que la célula animal. Dependiendo de la especie animal 
o vegetal se verán distintos tipos de organelos. De cualquier forma, siempre sucederá que la 
estructura de la célula procariota es más sencilla que la de la célula eucariota. 
Continuando con la historia de la bioquímica, por aquellos momentos en los que se divisó por primera 
vez una célula procariota, estaba en boga el tema de la evolución. Entonces se consideró a la célula 
procariota como el origen de la vida, es decir, como predecesora de la célula eucariota. 
Los términos “procariota” y “eucariota” están formados por las siguientes raíces: 
𝑒𝑢⏞
𝑽𝑬𝑹𝑫𝑨𝑫𝑬𝑹𝑶
𝑐𝑎𝑟𝑖𝑜𝑡𝑎⏟ 
𝑪𝑨𝑷𝑨𝑹𝑨𝒁Ó𝑵/𝑪𝑬𝑳𝑫𝑨
 
𝑝𝑟𝑜⏞
𝑨𝑵𝑻𝑬𝑺
𝑐𝑎𝑟𝑖𝑜𝑡𝑎⏟ 
𝑪𝑨𝑷𝑨𝑹𝑨𝒁Ó𝑵/𝑪𝑬𝑳𝑫𝑨
 
Mientras se aceptaba esta idea, surgieron preguntas como: ¿por qué, si la célula procariota era la 
predecesora de la eucariota, existía hasta la actualidad? El postulado de la “supervivencia del más 
fuerte” dentro de la evolución permitió responder esta pregunta. Entonces todo iba bien, hasta que 
cierta día un arqueólogo encontró un fósil formado por células eucariotas, con la particularidad de 
que dicho fósil era más antiguo que los procariontes encontrados hasta el momento. 
A partir de ese momento surgieron varias teorías que pretendían explicar el origen de la vida. Una se 
éstas afirma que hubo una sola sustancia (a la que todavía no se ha bautizado) a partir de la cual se 
originaron las células eucariotas y procariotas. Otra dice que en el pasado debió haber existido un 
sinnúmero de células, de las cuales sólo sobrevivieron las que existen en la actualidad. Una idea 
diferente insinúa que nuestro origen pudo ser extraterrestre, pues se cree que la explosión de un 
cuerpo celeste en cierta parte de la galaxia provocó la formación de una masa que viajó, en un 
meteorito, hasta nuestro planeta donde encontró las condiciones adecuadas para desarrollarse. Esta 
misma teoría surge debido a que en meteoritos se han encontrado todos los elementos vitales 
(carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre: CHONPS), de hecho se cree que en los 
meteoritos se ha encapsulado la vida. 
Ninguna de estas teorías ha sido demostrada completamente. Lo único que se ha logrado determinar 
son las condiciones de presión y temperatura que debió tener la tierra para que los elementos vitales 
formaran biomoléculas: carbohidratos, proteínas y lípidos; aunque aún no se ha logrado es que dichas 
biomoléculas presenten actividad biológica. 
Revisando el genoma, se hace la clasificación taxonómica en función de semejanzas genéticas 
encontradas en los organismos. 
Los que pertenecen al REINO DE LOS PROCARIONTES son organismos unicelulares, NO hay ningún 
organismo pluricelular formado por células procariotas. Estos organismos unicelulares se dividen en 
dos: microplasmas y bacterias (con b minúscula), ambos formando un grupo grande conocido como 
Bacterias (con B mayúscula). Tanto los microplasmas como las bacterias tienen membrana celular, 
citoplasma, nucleoide y ribosomas, con la única diferencia de que los microplasmas no tienen pared 
celular (envoltura o cobertura exterior sobre la membrana celular) mientras que las bacterias sí. 
Algunos microplasmas tienen, además, elementos de locomoción, ya sea pelitos o flagelos. 
 
 
El hecho de tener o no pared celular confiere a la célula características completamente diferentes. 
Elementos de locomoción aparecen sólo con las presencia de una pared celular, pues éstos están 
pegados a la mismo y no a la membrana citoplasmática. 
Con las células EUCARIOTAS, en cambio, se tienen VARIOS REINOS: Reino Animal, Reino Vegetal, 
Reino Fungi o Reino de los Hongos y Reino de las Algas. En Reino Animal presenta una organización 
compleja, de hecho, la organización más compleja de todas. En Reino Fungi se divide en tres 
subgrupos que son: levaduras, mohos y setas. Los hongos no son plantas, pues, aunque son 
organismos pluricelulares, su organización y complejidad no permite formar tejidos. Si no se puede 
hablar de tejidos, no se puede hablar de vegetales. Las levaduras son unicelulares, pero por eso no 
dejan de ser seres eucariontes y tampoco seres con vida. Los mohos son hongos filamentosos, queaparecen muchas veces como pelitos en un pan dañado. Las setas también son organismos 
pluricelulares. 
Las algas son conocidas también como seaweed en el mundo de la ciencia. “Seaweed” en español 
significa “hierba de mar”, lo que no significa que sean hierbas o plantas pues, como sucede con el 
caso de los hongos, si bien son organismos pluricelulares formados por células eucariotas, su 
estructura no alcanza la complejidad de una planta al no formar tejidos. Ciertos microplasmas 
(organismos unicelulares formados por células procariotas) pertenecen al mundo de las algas. Éstos 
son las cianobacterias, o algas azul – verdosas, lo que hace que las algas tengas dos tipos de células: 
procariotas y eucariotas. 
Bacterias
microplasmas No Pared Celular
bacterias
Pared Celular
Elementos de locomoción
ADN 
 
Las células eucariotas también pueden presentar pared celular, sobre todo 
aquellas que pertenecen al Reino Vegetal, y en algunos casos se tiene, 
incluso, elementos de locomoción. 
Existen agentes biológicos que comparten ciertas características de los seres 
vivos: virus. Un virus no es una célula, sin embargo se reproduce e incluso tiene 
la capacidad de mutar. Un virus no se reproduce por sí solo, sino que 
necesita de una célula a la cual introducirse para reproducirse. De hecho, sin la ayuda de una 
célula, un virus no muta ni se reproduce. 
En cuanto a su estructura los virus presentan únicamente dos formas: pueden ser un hexágono 
tridimensional o una esfera. Además, solamente tienen material genético, ya sea sólo ADN o sólo 
ARN, fuertemente protegido por proteínas que forman un caparazón conocida como cápside. 
Los virus que sólo tienen ADN se conocen como ADNsicos, virus o virus verdaderos; mientras que 
aquellos que sólo tienen ARN se conocen como ARNsicos o retrovirus. Un virus ARNsico muta con 
mucha más facilidad que el ADNsico. 
Sea cual sea el caso, una vez que el virus ingresa a la célula, participa en el proceso de síntesis de 
proteínas donde expresa su información y genera una serie de moléculas que parten de su material 
genético. Por suerte, las células tienen mecanismos que reconocen las secuencias extrañas y “toman 
cartas en el asunto” mediante anticuerpos que no permiten que dichas secuencias actúen, ya sea 
neutralizándolas o acabando con ellas por completo. El problema se da cuando un virus muta y el 
anticuerpo no lo reconoce. Por ejemplo, existen alrededor de 258 virus de gripe identificados, y aún 
falta muchos por reconocer. Todos estos virus tienen, genéticamente, el mismo origen. 
Existen enfermedades consideradas virales, en las que los anticuerpos no logran eliminar al virus sino 
únicamente lo controlan. Se puede tener al virus permanentemente dentro del organismo sin que se 
presente enfermedad alguna al ser los anticuerpos los que no permiten que el virus actúe. Si se debe 
defender al cuerpo de otras anomalías, otros virus o cuestiones de cansancio o estrés por ejemplo, 
el virus viral encuentra la mínima oportunidad de actuar y ataca. 
La hepatitis es la consecuencia de un virus. El problema con el virus de la hepatitis es que tiene fuerte 
resistencia al ambiente, por lo que dura mucho tiempo, a diferencia del virus del SIDA, que no perdura 
mucho tiempo. 
Eucariontes
Reino Animal
Reino Vegetal
Reino Fungi
Levaduras (Yeast)
Mohos (Mold)
Setas (Mushroom)Reino de las Algas
 
El agua, conocida por todos como el solvente universal, es en verdad la fuente de la vida. En cuanto 
a lo de “solvente universal”, eso habría que discutirlo un poco, pues en la naturaleza hay una gran 
variedad de solventes, polares y no polares, cuyo empleo depende de la aplicación que se desee 
darles. Es verdad que si se compara la masa terrestre con los mares, la mayor proporción le 
corresponde al agua; o que en el cuerpo humano, el 70% es agua, pero en realidad cómo saber que 
hay más agua que petróleo, por ejemplo. 
Es “fuente de vida” porque las reacciones que se dan en la célula se llevan a cabo en medio acuoso y 
por las propiedades especiales que presenta. Entre estas propiedades especiales, está el hecho de 
que el hielo tenga menor densidad que el agua líquida, contrario a lo que pasa normalmente en la 
naturaleza en la que la fase sólida tiene mayor densidad que la fase líquida de una sustancia. Esto ha 
posibilitado que cuando el agua disminuya su temperatura, no se congele en bloque dando lugar a la 
vida submarina. 
Por eso cuando se realizan viajes espaciales en busca de planetas en los que pueda existir vida, lo 
primero que se verifica es la presencia de agua. 
Cuando científicos estudiaban las características de sustancias que forman parte de la naturaleza, 
tenían modelos que encajaban bastante bien con la mayoría de estas sustancias. Sin embargo, las 
propiedades físicas y químicas del agua no se podían predecir. Después de muchas investigaciones, 
se notó que dichas predicciones no se ajustaban al agua debido a los puentes de hidrógeno, 
interacciones electrostáticas incluidas dentro de las fuerzas intermoleculares. 
Todas las fuerzas intermoleculares son de origen electrostático, de ahí que dependen de 
interacciones. Entre las fuerzas intermoleculares se encuentran las fuerzas de Van der Waals, a las 
interacciones hidrofóbicas, a las interacciones electrostáticas iónicas (ya sea entre dos iones, o entre 
un átomo neutro y un ión) y a los ya mencionados puentes de hidrógeno. 
La interacción no covalente más sencilla es la interacción electrostática entre un par de partículas 
cargadas Muchas de las moléculas que se encuentran en las células, entre ellas macromoléculas como 
el ADN y las proteínas, tienen una carga eléctrica neta. Además de estas moléculas, las células 
contienen abundantes iones pequeños, tanto cationes como Na+, K+ y Mg+2, como aniones Cl- y HPO4-
2 (MATHEWS C., VAR HOLE K., “Bioquímica”, p. 32) 
La fuerza de un par de cargas separadas una distancia r en el vacío, vienen dada por la muy conocida 
Ley de Coulomb. 
 
𝑞1 𝑞2 
𝑒− 𝑝+ 
𝒓 
𝑭 = 𝒌 ∙
𝒒𝟏𝒒𝟐
𝒓𝟐
 
Sin embargo, ¿cómo encontrar electrones o protones solos en la naturaleza? Generalmente 
electrones y protones está formando los elementos químicos, formados por un núcleo, en el que se 
hallan los protones, rodeado de una nube electrónica. 
 
La posición del núcleo cambia con el giro del electrón, es decir, cambia en función de la posición del 
electrón. Este se debe a la interacción entre el electrón y el protón. 
 
El movimiento del núcleo, debido al giro del electrón, genera campos electrostáticos. 
Las fuerzas electrostáticas aparecen cuando se tiene dos iones como tal, originándose la interacción 
carga – carga, o una molécula neutra y un ión, originándose la interacción carga – dipolo. 
 
Pero también es posible hablar de interacciones electrostáticas al considerar moléculas neutras. 
Entre dos moléculas neutras, en las que hay una atracción, aparecen las fuerzas de Van der Waals. 
 
 
𝑝+ 
𝒆− 𝒆− 
𝒆− 
𝒆− 𝒆− 
𝒆− 
 
𝑝+ 
𝒆− 
Atracción 
 
𝑝+ 
𝒆− 
Atracción 
 
𝑝+ 
𝒆− 
Atracción 
+ 
𝑒− 
Atracción 
Atracción 
𝑵𝒂+ 
 
𝑝+ 
𝒆− 
 
𝑝+ 
𝒆− Atracción 
Sin embargo, puede suceder que las fuerzas de Van der Waals den lugar a una repulsión cuando se 
encuentran dos cargas iguales, negativas en este caso. Si las nubes electrónicas son muy grandes, las 
fuerzas de repulsión se presentan en mayor medida. 
 
Si se representa la energía de la interacción (E) versus la distancia entre las especies que interactúan 
(r), se tiene una gráfica como la siguiente para las Fuerzas de Van der Waals. 
 
Las fuerzas de Van der Waals son máximas cuando aparece una fuerza electrostática entre el núcleo 
de una molécula y el electrón de otra, separados una distancia suficiente de acuerdo al radio atómico 
de la molécula. 
Se recordará que el enlace covalente es la superposición de nubes electrónicas, en la que los 
electrones se comparten. Pero no es correcto confundir a un interacción covalente con una fuerzade Van der Waals, pues mientras en el primero los electrones se comparten, en el segundo se 
produce una lucha en las que intervienen atracciones y repulsiones. 
Los puentes de hidrógeno, que aparecen cuando las moléculas pueden actuar como ácidos o bases 
de Lewis, son interacciones electrostáticas entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un 
grupo donador (como –𝑂 − 𝐻 o = 𝑁 −𝐻) y un par de electrones libres pertenecientes a un grupo 
receptor (como 𝑂 = 𝐶 − o 𝑁 ≡). El átomo al que el hidrógeno está unido covalentemente se conoce 
como donador de enlace de hidrógeno, u el átomo con el par de electrones libres es el receptor de 
enlace de hidrógeno. 
 
𝑝+ 
𝒆− 
 
𝑝+ 
𝒆− 
Repulsión 
E 
r 
Atracción Máxima 
Energía de Repulsión 
Energía de 
Atracción 
La capacidad de un átomo para actuar como donador de 
enlace de hidrógeno depende en gran medida de su 
electronegatividad. Cuanto más electronegativo es el átomo 
donador, más carga negativa extrae del hidrógeno al cual 
está enlazado. De este modo, el hidrógeno se vuelve más 
positivo y es atraído con más fuerza hacia el par de 
electrones del receptor. Entre los átomos que se encuentran en los compuestos biológicos, sólo el 
oxígeno y el nitrógeno tienen las electronegatividades adecuadas para comportarse como donadores 
fuertes. (MATHEWS C., VAR HOLE K., “Bioquímica”, p. 37) 
El agua es donante y receptor a la vez, cosa que no sucede con otras moléculas donantes o 
receptoras. Esto no significa que los puentes de hidrógeno sólo se formen entre moléculas de agua, 
sino también entre moléculas que, como se dijo, tienen la capacidad de ser o donantes o receptores. 
Es importante tener claro que en el agua la interacción que une al átomo de hidrógeno con los dos 
átomos de oxígeno son enlaces covalentes. Sin embargo, la diferencia de electronegatividades hace 
que se formen fuerzas electrostáticas entre moléculas y molécula. Es decir, con los puentes de 
hidrógeno ya no se habla de de iones sino de moléculas neutras que tienen una distribución de carga 
inequitativa. 
 
𝐻 𝐻 
𝑂 
𝜹− 
𝜹+ 𝜹+ 
Grupo 
Donante 
Grupos Receptores 
Capaces de aceptar electrones 
Moléculas unidas 
covalentemente 
¿Cómo se suicida un 
átomo de oxígeno? 
R: Tirándose de un 
puente de hidrógeno 
 
El agua tiene grupos donantes y receptores. Sin embargo, los dipolos no sólo se presentan en el agua, 
sino también en cualquier molécula que presente cargas inequitativas. De ahí que TODAS las 
moléculas tendrán algún tipo de dipolo, pues TODAS las moléculas forman enlaces covalentes entre 
átomos de diferente electronegatividad. 
𝑂 =⏞
𝛿+
𝐶 =⏞
𝛿−
𝑂 
Con la formación de dipolos aparece el concepto de momento dipolar, que se calcula a partir de la 
suma vectorial de los dipolos atómicos y los dipolos de enlace y que determina la polaridad de la 
molécula. El momento dipolar puede ser nulo o no nulo, 
dependiendo de la distribución espacial de la molécula. 
Debido a su estructura tridimensional, el agua presenta un 
momento dipolar diferente de cero, razón por la cual 
presenta la capacidad de formar varios puentes de hidrógeno. 
El agua tienen un momento dipolar de 1.38 debye, menor al del orto – diclorobenceno que es 2.59 
debye. Esto significa que el orto – dicloro es también una molécula polar, y sin embargo éste no se 
disuelve en agua. ¡Qué extraño!, ¿no? 
Por otro lado, el para – diclorobenceno tiene un momento dipolar de 0, y como es de esperarse no 
se disuelve en agua. No obstante el dióxido de carbono se disuelve en agua, de ahí que se puede 
disfrutar de una gaseosa, a pesar de que su momento dipolar también es 0. 
Por eso es importante entender que el momento dipolar NO da NECESARIAMENTE la solubilidad y 
polaridad de una molécula. 
Cuando se pone a una sustancia que normalmente llamamos polar con una no polar, o a una sustancia 
no polar en contacto con una polar, aparecen interacciones entre ellas conocidas como interacciones 
hidrofóbicas. 
𝐻 𝐻 
𝑂 
𝐻 𝐻 
𝑂 
𝐻 𝐻 
𝑂 
𝐻 𝐻 
𝑂 
Puentes de 
hidrógeno 
¿Qué le dice un dipolo a 
otro dipolo? 
R: ¿Tienes un momento? 
Todas las moléculas 
del mundo 
presentan dipolos. 
Las interacciones hidrofóbicas, que también son de origen electrostático, resultan de la presencia de 
momentos dipolares y se presentan por el hecho de que las moléculas tienen características 
diferentes. Lo que sucede es que las moléculas polares tratan de aglutinarse y alejarse del agua. 
Entonces, por lo visto hasta el momento, todas las fuerzas intermoleculares son de origen 
electrostático. 
A pesar de que las fuerzas intermoleculares son mucho menores en intensidad a los enlaces 
covalentes, son éstas las que permiten que las biomoléculas adquieran la estructura tridimensional y 
forma que tienen. Por eso cualquier cambio en el agua alterará las fuerzas intermoleculares en ésta, 
y por tanto, a las biomoléculas. 
Por ejemplo, se tiene una proteína en agua. Si a esta agua se le añade sal, se altera la estructura 
tridimensional de la proteína debido al hecho de que los iones que se forman interaccionan con el 
agua. 
Por ende cualquier cambio en el pH del agua, que ocurre cuando la concentración de iones hidronio 
(𝐻+) se altera, ya sea por la adición de sales o de sustancias que puedan alterar las fuerzas 
intermoleculares, los puentes de hidrógeno serán interrumpidos. 
Las fuerzas intermoleculares son las interacciones que permiten mantener la 
estructura de las macromoléculas, pero son fácilmente rompibles o distorsionables, 
por lo que cualquier adición o cambio del agua alterará al puente de hidrógeno.