Introducción a la Bioquímica

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Introducción a la 
Bioquímica
John W. Baynes y Marek H. Dominiczak
BIOQUÍMICA Y MEDICINA CLÍNICA
Hemos llamado a este libro Bioquímica Médica porque se ocupa 
de los aspectos de la bioquímica relevantes para la medicina: 
explica el funcionamiento del organismo como un sistema quí­
mico y cómo funciona de forma deficiente durante los procesos 
patológicos. La bioquímica médica proporciona la base para 
entender la acción de fármacos nuevos, como los antidepresi­
vos, los empleados para tratar la diabetes, la hipertensión y la 
insuficiencia cardíaca, así como los hipolipemiantes. También 
ayuda a entender las aplicaciones clínicas de las proteínas re- 
combinantes, de los vectores virales y de las «ciencias ómicas», 
como proteómica, genómica y metabolómica. La bioquímica 
médica contribuye también a entender cómo influyen la dieta 
y el estilo de vida en nuestra salud y rendimiento, y la forma en 
que el organismo envejece. Describe cómo los sistemas celulares 
de señalización y de comunicación están relacionados con la 
respuesta al estrés endógeno y ambiental. También incorpora el 
enorme progreso que se ha realizado en años recientes sobre los 
conocimientos de la genética humana y lo relaciona con campos 
emergentes como la nutrigenómica y la farmacogenómica, 
con la esperanza de que constituyan una base para el desarro­
llo de tratamientos a medida para cada composición genética 
individual.
La bioquímica se estudia para comprender la relación 
existente entre nutrición, metabolismo y genética 
con la salud y la enfermedad
Por una parte, el organismo humano es un sistema metabólico 
integrado e independiente, sometido a un alto grado de con­
trol, y, por la otra, es un sistema abierto que se comunica con 
su entorno. A pesar de estas dos características aparentemente 
contradictorias, el organismo consigue mantener su homeos­
tasis interna durante décadas. Los seres humanos reponemos 
nuestro combustible (consumimos alimentos) y agua de manera 
regular y captamos oxígeno del aire inspirado para usarlo en 
el metabolismo oxidativo (que es, de hecho, una cadena de re­
acciones de combustión a baja temperatura). A continuación 
usamos la energía generada por el metabolismo para realizar 
trabajo y para mantener la temperatura corporal. Nos des­
hacemos (exhalamos o excretamos) el dióxido de carbono, el 
agua y los desechos del nitrógeno. La cantidad y la calidad de 
los alimentos que consumimos tienen un impacto importante 
sobre nuestra salud, como demuestra el hecho de que tanto la 
desnutrición, por una parte, como la obesidad y la diabetes, 
por la otra, son temas de salud pública importantes en todo el 
mundo en este momento.
TODA LA BIOQUÍMICA 
EN DOS PÁGINAS
Se suele decir que cualquier texto puede acortarse. Así pues, nos 
arriesgamos e intentamos condensar nuestro libro en menos de 
dos páginas. De este modo, intentamos dar al lector una pers­
pectiva general y crear un armazón para el estudio de los capítulos 
siguientes. Los términos destacados en negrita proporcionan una 
idea del contenido de los capítulos siguientes.
Los principales componentes estructurales del cuerpo son 
las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos 
Las proteínas son los bloques de construcción y los catalizadores; 
como unidades estructurales, constituyen el armazón «arquitec­
tónico» de los tejidos; como enzimas, junto con moléculas cola­
boradoras (coenzimas y cofactores), catalizan las reacciones 
bioquímicas. Los lípidos, como el colesterol y los fosfolípidos, 
forman la columna vertebral de las membranas biológicas.
Los hidratos de carbono y los lípidos, ya sean en forma de 
monómeros o de polímeros relativamente simples, constituyen 
nuestra fuente de energía principal. Pueden almacenarse en los 
tejidos en forma de glucógeno y triglicéridos. Sin embargo, 
los hidratos de carbono también pueden asociarse a proteínas 
y lípidos y formar estructuras complejas (glucoconjugados), cru­
ciales para los sistemas de señalización celular y para procesos 
como la adhesión celular y la inmunidad.
Determinadas variables químicas como el pH, la presión 
de oxígeno y las concentraciones de iones inorgánicos y de 
moléculas am ortiguadoras definen el entorno homeostático 
en el que tiene lugar el metabolismo. Pequeños cambios en este 
entorno (p. ej., menos de dos décimas de una unidad del pH o el 
cambio de unos pocos grados en la temperatura corporal) pueden 
poner en peligro la vida.
La sangre es el medio de transporte singular que participa en el 
intercambio de gases, energía, metabolitos e información entre los 
tejidos. El plasma sanguíneo es, asimismo, una «ventana» accesible 
al metabolismo y sirve como fuente de información clínica.
Las membranas biológicas separan las vías metabólicas en 
diferentes compartimentos celulares. Su estructura impermeable 
al agua está salpicada de «puertas y entradas» (transportadores 
de membrana) y de «cerraduras» que aceptan numerosas llaves 
(hormonas, citocinas y otros receptores) y generan señales in- 
tracelulares. Desempeñan un papel crucial en el transp orte 
de iones y metabolitos y también en la transducción de se­
ñales de una célula a otra y dentro de la propia célula. El hecho 
de que la mayor parte de la energía del organismo se consuma 
para mantener los gradientes iónicos y de metabolitos a través
de las membranas biológicas da una idea de la importancia de 
estos procesos. Además, las células de todo el organismo tienen 
una dependencia crítica de los potenciales de membrana para la 
transmisión nerviosa, la contracción muscular, el transporte de 
nutrientes y el mantenimiento del volumen celular.
La energía liberada desde los nutrientes se distribuye 
en form a de trifosfato de adenosina
La recuperación y utilización de energía en los sistemas biológicos 
se realiza a través de la fosforilación oxidativa, que tiene lugar 
en la mitocondria. Este proceso implica consumo de oxígeno, o 
respiración, mediante el cual el organismo utiliza la energía de 
los combustibles para generar un gradiente de protones a través 
de la membrana mitocondrial y capturar esta energía en forma de 
trifosfato de adenosina (ATP). Los bioquímicos llaman al ATP 
la «moneda corriente del metabolismo», ya que permite que la 
energía procedente del metabolismo energético sea utilizada para 
trabajo, transporte y biosíntesis.
El metabolismo es un entramado sofisticado de procesos 
químicos
Los hidratos de carbono y los lípidos constituyen nuestra prin­
cipal fuente de energía, pero nuestras necesidades nutricionales 
también incluyen aminoácidos (componentes de las proteínas), 
moléculas inorgánicas que contienen sodio, potasio y fósforo, y 
micronutrientes (vitaminas y oligoelementos). La glucosa se 
metaboliza a través de la glucólisis, una vía metabólica anaeró- 
bica (que no requiere oxígeno) universal para producir energía. La 
glucólisis transforma la glucosa en piruvato, y prepara así el me­
tabolismo oxidativo que tendrá lugar en la mitocondria. También 
genera metabolitos, que son el punto de partida para la síntesis de 
aminoácidos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.
La glucosa constituye el combustible más importante para 
nuestro cerebro; así pues, para nuestra supervivencia es esencial 
mantener una concentración sanguínea normal de glucosa. El 
aporte de glucosa está ligado al metabolismo del glucógeno, 
que es la forma de almacenamiento a corto plazo de la glucosa. 
La homeostasis de la glucosa está regulada mediante hormonas 
(principalmente insulina y glucagón, además de adrenalina y 
cortisol) que coordinan las actividades metabólicas entre células 
y órganos.
El oxígeno es esencial para la producción de energía, 
pero también puede ser tóxico
Durante el metabolismo aeróbico, el piruvato se transforma en 
acetil-coenzima A (acetil-CoA), que es el intermediario común 
en el metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y los ami­
noácidos. El acetil-CoA entra en la maquinaria metabólica central 
de la célula, el ciclo de losácidos tricarboxílicos (ciclo ATC) en la 
mitocondria. El acetil-CoA se oxida a dióxido de carbono y reduce 
las importantes coenzimas nicotinamida-adenina-dinucleótido 
(NAD+) y flavina-adenina-dinucleótido (FAD). La reducción de 
estos nucleótidos captura la energía procedente de la oxidación 
de los combustibles. Estos nucleótidos son, a su vez, sustratos para 
la vía metabólica final, la fosforilación oxidativa, en la que los 
electrones transportados reducen el oxígeno molecular a través de 
una cadena de reacciones de transporte de electrones, aportando 
la energía necesaria para la síntesis del ATP. Aunque el oxígeno
es esencial para el metabolismo, también puede ser causa de estrés 
oxidativo y de graves daños en los tejidos durante la inflamación. 
Para protegernos de los efectos más perjudiciales del oxígeno estamos 
dotados de poderosas defensas antioxidantes.
El metabolismo mantiene un ciclo continuo 
entre los períodos de ayuno y posprandial
La dirección de las principales vías del metabolismo de los hi­
dratos de carbono y los lípidos cambia en respuesta a la ingesta 
de alimentos. En el estado de alimentación, las vías metabólicas 
activas son la glucólisis, la síntesis de glucógeno, la lipo- 
génesis y la síntesis de proteínas, con lo que se rejuvenecen 
los tejidos y se almacena el exceso de combustible metabólico. 
En cambio, en el estado de ayuno, la dirección del metabolis­
mo se invierte: los depósitos de glucógeno y de lípidos se de­
gradan mediante glucogenólisis y lipólisis, proporcionando 
una corriente constante de su stratos p ara la producción 
de energía. A medida que van disminuyendo las reservas de 
glucógeno, van sacrificándose proteínas para producir glucosa 
a través de la gluconeogénesis, garantizando un suministro 
constante, mientras se enlentecen otros procesos de biosíntesis. 
Algunos cuadros frecuentes, como la diabetes, la obesidad y la 
ateroesclerosis, que constituyen en la actualidad problemas im­
portantes de salud pública, se deben al deterioro del metabolismo 
y el transporte de los combustibles.
Los tejidos desempeñan funciones especializadas
Estas funciones abarcan la contracción muscular, la conducción 
nerviosa, la formación de hueso, la vigilancia inmunitaria, la 
señalización hormonal, el mantenimiento del pH y del equilibrio 
hidroelectrolítico, y la desintoxicación de sustancias ajenas al 
organismo. La organización tisular y las comunicaciones interce­
lulares necesitan de compuestos especializados, como los gluco- 
conjugados (glucoproteínas, glucolípidos y proteoglucanos). Los 
recientes adelantos en nuestros conocimientos sobre los sistemas 
de señalización celular han mejorado nuestra perspectiva del 
crecim iento celular y de sus mecanismos de reparación. Su 
declive, dependiente del tiempo, conduce al envejecimiento, y 
su fracaso condiciona la aparición de cuadros patológicos, como 
el cáncer.
El genoma es la base de todo
El genoma proporciona el mecanismo para la conservación y la 
transferencia de información genética mediante la regulación de 
la expresión de los genes constituyentes y su control de la síntesis 
de proteínas. La síntesis proteica está controlada por información 
codificada en el ácido desoxirribonucleico (ADN) y trans­
crita al ácido ribonucleico (ARN), que luego es traducida 
en péptidos que finalmente forman las m oléculas proteicas 
funcionales. El espectro de proteínas expresadas y el control 
de su expresión temporal durante el desarrollo, la adaptación 
y el envejecimiento son los responsables de nuestra estructura 
proteica. En los últimos años, la bioinformática, los estudios de 
asociación del genoma completo (Genome Wide Association 
Study, GWAS) y los adelantos en los conocimientos de epigenética 
han proporcionado perspectivas verdaderamente fascinantes 
sobre la complejidad de los entramados genéticos reguladores. 
Las aplicaciones de la tecnología del ADN recom binante han
( Fosfatidilinositol ~] (Esfingomielina)
Elementos
estructurales
Sistema
inmune
Hormonas, 
factores del
Factores 
de la
Hemoglobina,
mioglobina
citocinas
[coagulación! i
Fig. 1 Bioquímica: todo en uno. Esta figura se ha diseñado para ofrecer una perspectiva general a vista de pájaro. Puede ser útil para estructurar 
el estudio o para repasar. Se recomienda al lector que la consulte mientras estudia los siguientes capítulos de este libro y para ver cómo gana pers­
pectiva en bioquímica. GABA, -y-aminobutirato; glicerol-3-P, glicerol-3-fosfato; CoA, coenzima A; ciclo ATC, ciclo de los ácidos tricarboxílicos; 
cit, citocromo; FP, flavoproteína; Q, coenzima Q10; ATP, adenosina-5'-trifosfato.
revolucionado el trabajo de los laboratorios clínicos en la última 
década. La reciente capacidad de rastrear todo el genoma y el 
potencial de la proteóm ica y la metabolómica crean la opor­
tunidad de generar nuevas ideas sobre la dinámica del control 
génico de la síntesis proteica.
Este capítulo se resume en la figura 1, en la que se imita el 
plano del metro de Londres (v. Lecturas recomendadas). Se reco­
mienda al lector que no se deje intimidar por los numerosos térmi­
nos nuevos y que consulte esta figura las veces que sea necesario
cuando estudie los diferentes capítulos, lo que le servirá para com­
probar si progresa su comprensión de la bioquímica.
QUE ES Y QUE NO ES ESTE LIBRO
En la educación médica actual, los estudiantes dirigen su apren­
dizaje a la adquisición de conocimientos que constituyan un 
marco para el estudio a lo largo de toda su carrera. El estudio de
la medicina poco a poco mediante especialidades muy delimitadas 
se considera menos valioso que un aprendizaje integrado, que 
permite ubicar los conocimientos adquiridos en un contexto más 
amplio. Esto es lo que intenta hacer este libro con la bioquímica.
El lector debe tener en cuenta que Bioquímica Médica no es 
un libro que esté diseñado como un texto de revisión ni como un 
recurso para la preparación de exámenes de opción múltiple. 
Estas opciones se encuentran disponibles en nuestra página 
web. Este texto es una presentación orientada a los aspectos clí­
nicos de la bioquímica relevantes para la medicina, un recurso 
para su carrera clínica. Es más breve que muchos de los pesados 
tomos sobre nuestra disciplina y está orientado a la explicación 
de conceptos clave y relaciones cruciales, con la esperanza de 
que el estudiante los retenga en la memoria y pueda usarlos en su 
práctica clínica futura.
Para abordar esta asignatura existen numerosos libros tanto 
para estudiantes como para médicos. En nuestra página web se 
puede acceder a otras obras, que permiten pasar rápidamente de 
los aspectos puramente bioquímicos de órganos y enfermedades 
a los conceptos relativos a su anatomía, fisiología, farmacología, 
bioquímica clínica y anatomía patológica. Bioquímica Médica con­
tiene además hipervínculos con otras fuentes de información, 
como directrices o asociaciones clínicas.
Un libro de texto es una foto instantánea 
de unos conocimientos en continua expansión
Lo que hace solamente unos años era pura teoría bioquímica, hoy 
forma parte del vocabulario de los médicos en las visitas de planta
y en las conferencias de casos clínicos. Un médico (o un futuro 
médico) no aprende bioquímica para adquirir brillantez teórica, 
sino que lo hace para estar preparado para futuros adelantos en 
la práctica clínica.
Hemos redactado Bioquímica Médica porque estamos convenci­
dos de que el conocimiento de la bioquímica mejora la práctica de 
la medicina. Algo que nos hemos planteado muchas veces durante 
la redacción de este libro ha sido lo siguiente: «¿Cómo podría esta 
porción de información mejorar su razonamiento clínico?» En 
el texto se relacionan constantemente las ciencias básicas con 
situaciones a las que normalmente se enfrenta un médico a la 
cabecera del paciente, en la consulta o al solicitar pruebas de los 
laboratorios clínicos, que es lo que en realidad hará al empezar a 
ejercer la medicina. Esperamos que los conceptos adquiridosen 
este texto le sirvan de ayuda y reviertan en beneficios para sus 
pacientes.