Bioquímica

La bioquímica es el estudio de la química, y lo que se relaciona con ella, de los organismos biológicos. Forma un puente entre la química y la biología al estudiar como tienen lugar las estructuras y las reacciones químicas complejas que dan lugar a la vida y a los procesos químicos de los seres vivos. Ocasionalemte se considera a la bioquímica como una rama de la química orgánica que se especializa en los procesos y transformaciones químicas, que tienen lugar dentro de los seres vivos, pero en verdad la bioquímica no puede considerarse ni completamente dentro de la "biología" ni dentro de la "química", la bioquímica es una disciplina en sí misma.

La bioquímica es, esencialmente, el estudio de la estructura y la función de los componentes celulares (tales como enzimas y organelas celulares) y los procesos que ocurren por y sobre macromoléculas orgánicas, incluyendo a los carbohidratos, lípidos, ácidos nucleícos y, especialmente, a las proteínas y, también, otras biomoleculas. Actualmente se considera que todas las formas de vida descienden de un único ancestro protobiótico, lo cual explicaría porque todos los seres vivos tienen una bioquímica similar. Aún cuando algunas características pueden ser arbitrariamente diferentes (como el código genético o el significado de los codones o, la función realizada por varias biomoléculas), es un hecho irrefutable que todos los organismos marinos y terrestres demuestran tener ciertos patrones constantes a través de todos los niveles de organización, desde familias y tipos a reinos y clases.

La bioquímica, en simples palabras, es la química de la vida

Para Norman Hollowitz, el concepto de vida atribuye a los seres vivos la capacidad de

replicarse, catalizarse y la mutabilidad ( adaptarse al medio ambiente ).

Generalidades aplicables a los seres vivos.

1- Hipótesis genética: dice que la herencia en todos los seres vivos es necesaria para que un organismo crezca y se reproduzca, y se produce por la replicación del DNA.

2- Dogma central de la Biología: dice que el flujo de información genético dentro de un ser vivo, va desde el DNA hasta el RNA, y de éste a proteínas.

3- Hipótesis enzimática: dice que casi todas las reacciones químicas que ocurren a nivel

celular, están catalizadas por enzimas. 

4- Hipótesis energética: dice que en la unidad básica de vida ( célula ), el ATP es la unidad cuántica de energía, la cual, se libera cuando los distintos nutrientes se metabolizan en el interior de la célula. Cualquier reacción metabólica producida en la célula que necesite energía va a ser aportada por medio de la molécula de ATP.

Objetivo de la Bioquímica

La bioquímica tiene como objetivo más importante el estudio de la estructura, organización y funciones de la materia viva desde el punto de vista molecular.

Según los aspectos tratados, esta puede dividirse en 3 bloques:

1.- bioquímica estructural

2.- bioquímica metabólica o metabolismo

3.- biología molecular

La bioquímica estructural estudia la composición, conformación, configuración y estructura de las moléculas de la materia viva, relacionándolas con su función bioquímica.

El metabolismo estudia las transformaciones, funciones y reacciones químicas que sufren o llevan a cabo las moléculas de la materia viva.

La biología molecular estudia la química de los procesos y moléculas implicadas en la transmisión y el almacenamiento de la información biológica.

La bioquímica, fundamentalmente extrae conocimientos de biología, química y genética, y usa técnicas que ha importado de la física.

Origen de la bioquímica

El origen del término “bioquímica” se remonta a los comienzos del siglo XIX, cuando imperaba una teoría conocida como “vitalismo” que sostenía que las sustancias existentes en la materia viva eran cualitativamente diferentes de la materia no viva, y que no se comportaban según las leyes conocidas de la física y la química.

Friedrich Wöhler, pedagogo y químico alemán nació en Eschersheim (hoy parte de Franfort) el 31 de julio de 1800 y murió en Gotinga el 23 de septiembre de 1882

Esto se derrumbó a raíz de los trabajos de un bioquímico alemán (Whöler en 1828), que a partir de cianato amónico pudo elaborar (sintetizar) urea en un laboratorio. Hasta entonces se pensaba que solo se podía sintetizar en los animales, en el riñón.

La corriente vitalista aún persistió porque se creía que las reacciones de la materia viva solo podían realizarse en células vivas. Según el vitalismo, las reacciones biológicas se producían por una fuerza vital de naturaleza misteriosa pero no por procesos químicos o físicos.

Se encargaron de echar esto abajo los hermanos “Buchner” en 1897, observando que extractos de células de levaduras rotas y por lo tanto muertas, eran capaces de llevar a cabo la fermentación del azúcar hasta etanol. Esto abrió el camino al estudio de las reacciones y procesos bioquímicos “in vitro”. A partir de aquí se avanzó más rápidamente en el conocimiento de las diferentes rutas metabólicas.

 Eduard Buchner (20 de mayo de 1860, Múnich - 12 de agosto de 1917, también en Múnich), fue un destacado químico alemán, galardonado con el premio Nobel de Química en 1907, por sus investigaciones en bioquímica y por su descubrimiento de la fermentación no celular

A finales del siglo XIX todavía persistían científicos vitalistas sosteniendo que la naturaleza de la catílisis biológica (las enzimas) y sus estructuras eran demasiado complejas para describirlas en términos químicos.

James Batcheller Sumner (Canton, Estados Unidos, 19 de noviembre de 1887 - Buffalo, 12 de agosto de 1955) fue un químico, bioquímico y profesor universitario estadounidense galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1946

Este último postulado se derrumbó en 1926, cuando Sumner fue capaz de cristalizar una proteína (ureasa purificada de la judía) demostrando que aunque las proteínas tienen unas estructuras grandes y complejas, siendo posible sintetizarlas como otro compuesto inorgánico cualquiera y que sus estructuras pueden determinarse con los métodos de la física y química.

CO(NH₂)₂ + H₂O   →     2 NH₃  +  CO₂ 

_{Urea de la enzima ureasa se descompone en Amoniaco y Dióxido de Carbono}

A partir de aquí, la contribución más importante consistió en establecer las estructuras químicas básicas de las sustancias biológicas, identificar las reacciones de cada ruta metabólica y localizar éstas en el interior de la célula.

Esto es apoyado por el avance en las técnicas de la biología celular.

En la mitad del siglo XX se desarrolla la biología molecular, aunque la idea de gen ya había sido propuesta en el siglo XIX por Mendel.

A mediados del siglo XX todavía nadie había aislado un gen ni se había determinado su composición química. La mayoría de los científicos pensaban que los ácidos nucleicos tenían una función meramente estructural, y que tan solo las proteínas eran lo suficientemente complejas estructuralmente para ser portadoras de la información genética.

En los años 40 y 50 se demostró que esto era erróneo, y que el ADN era el portador de la información genética.

Watson y Crick publicaron la estructura en doble hélice del ADN, así como todos lo descubrimientos posteriores relacionados con los mecanismos de la transmisión de la información biológica.

Esto dio lugar a una nueva rama de la biología, a biología molecular.

La bioquímica también nutre de conocimientos a otras ramas de la biología como la biofísica, la nutrición, investigación médica o biotecnología entre otros.