Principios de bioquímica: isomería óptica, glúcidos, péptidos y proteínas

Isomería Óptica y Actividad Óptica

La isomería óptica es el estudio del comportamiento de algunas sustancias al colocarse en el paso de un haz de luz polarizada en el plano. Para esta medición se utiliza un polarímetro. La propiedad de algunas sustancias de hacer girar el plano de la luz polarizada se denomina actividad óptica. Las sustancias ópticamente activas poseen, como mínimo, un carbono quiral (o carbono asimétrico) en sus moléculas, el cual está unido a cuatro grupos funcionales distintos.

Glúcidos: Estructura y Clasificación

Definición de Glúcidos

Los glúcidos (también conocidos como carbohidratos o hidratos de carbono) son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, o bien moléculas que por hidrólisis generan dichos compuestos.

• Los polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas simples se denominan monosacáridos.
• Las sustancias que, tras la hidrólisis, dan lugar a estos compuestos son los oligosacáridos y polisacáridos.

Clasificación de los Glúcidos

• Monosacáridos: Constituidos por una única unidad de polihidroxialdehído o polihidroxicetona.
• Oligosacáridos: Formados por la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos.
• Polisacáridos: Compuestos por más de 10 unidades de monosacáridos.

Monosacáridos Relevantes

Glucosa

La glucosa se encuentra libre en los jugos de frutas, junto con la fructosa y la sacarosa. La miel contiene glucosa y fructosa, al igual que las frutas naturales. Forma parte de los polisacáridos, tanto de reserva (como el almidón y el glucógeno) como estructurales (como la celulosa), y constituye la base del metabolismo energético, ya que todos los seres vivos son capaces de metabolizar la glucosa.

Fructosa

La fructosa es la cetosa más abundante. Se encuentra libre junto a la glucosa o sacarosa en jugos de frutas y en la miel. Es el segundo producto principal de la hidrólisis del polisacárido inulina.

Galactosa

La galactosa no se encuentra libre en la naturaleza de forma abundante. Es uno de los glúcidos que constituyen la lactosa (el disacárido de la leche, formado por glucosa y galactosa) y la rafinosa (un oligosacárido). Forma parte de los glucolípidos y las glucoproteínas. Se convierte en glucosa en el hígado para ser utilizada como aporte energético. Es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa.

Funciones de los Glúcidos

• Función energética: El glúcido más importante en esta función es la glucosa, ya que es el monosacárido más abundante en el medio interno de los organismos y la principal fuente de energía celular.
• Función estructural: En esta función, se ha de destacar la importancia del enlace β (beta) glucosídico, presente en polisacáridos como la celulosa (componente principal de la pared celular vegetal) y la quitina (presente en el exoesqueleto de artrópodos y pared celular de hongos).

Péptidos y el Enlace Peptídico

Definición de Péptidos

Los péptidos resultan de la unión de dos o más aminoácidos a través de un tipo de enlace amida denominado enlace peptídico.

El Enlace Peptídico

El enlace peptídico es un enlace covalente que se forma entre el grupo amino (-NH₂) de un aminoácido y el grupo carboxilo (-COOH) de otro aminoácido. Esta unión implica la pérdida de una molécula de agua (deshidratación) y la formación de un enlace CO-NH. Se considera un enlace amida sustituido. Es más corto que un enlace sencillo C-N normal porque posee un cierto carácter de doble enlace debido a la resonancia electrónica. Por esta razón, no hay giro libre alrededor del eje de este enlace, lo que confiere rigidez y planaridad al grupo peptídico, influyendo en la conformación de las proteínas.

Clasificación de los Péptidos

• Oligopéptidos: Cadenas cortas formadas por pocos aminoácidos (generalmente de 2 a 20).
• Polipéptidos: Cadenas más largas de aminoácidos.
• Proteínas: Son polipéptidos de alto peso molecular (generalmente con más de 50 aminoácidos) que poseen una estructura tridimensional definida y cumplen funciones biológicas específicas.

Proteínas: Estructura, Clasificación y Funciones

Definición de Proteínas

Las proteínas son polímeros no ramificados formados por la unión covalente de α-L-aminoácidos. Para ser considerada una proteína, la cadena polipeptídica generalmente debe tener más de 50 aminoácidos y adoptar una conformación tridimensional específica y funcional.

Clasificación de las Proteínas

Según su composición (Criterios Químicos):

• Proteínas simples u Holoproteínas: Formadas exclusivamente por aminoácidos.
• Proteínas conjugadas o Heteroproteínas: Formadas por una parte proteica (apoproteína) y una parte no proteica denominada grupo prostético (que puede ser un lípido, un glúcido, un ácido nucleico, un ion metálico, etc.).

Según su forma tridimensional (Criterios Estructurales):

• Proteínas globulares: Presentan una estructura compacta, más o menos esférica. Suelen ser solubles en agua o disoluciones salinas. Ejemplos: enzimas, anticuerpos, hormonas proteicas.
• Proteínas fibrosas: Presentan una estructura alargada, en forma de hebras o fibras. Suelen ser insolubles en agua y tienen funciones estructurales o protectoras. Ejemplos: colágeno, queratina, elastina.

Según el número de cadenas polipeptídicas (Estructura Cuaternaria):

• Proteínas monoméricas: Constituidas por una única cadena polipeptídica.
• Proteínas oligoméricas: Constituidas por la asociación de varias cadenas polipeptídicas, denominadas subunidades o protómeros.

Funciones de las Proteínas

Las proteínas desempeñan una gran diversidad de funciones biológicas, entre las que destacan:

• Catálisis enzimática: Actúan como enzimas, acelerando la velocidad de las reacciones bioquímicas.
• Transporte y almacenamiento: Transportan moléculas (ej. hemoglobina transporta oxígeno) o las almacenan (ej. ferritina almacena hierro).
• Movimiento coordinado: Participan en la contracción muscular (actina y miosina) y otros movimientos celulares.
• Generación y transmisión de los impulsos nerviosos: Como receptores de neurotransmisores y canales iónicos.
• Protección inmune: Los anticuerpos (inmunoglobulinas) son proteínas que defienden al organismo contra agentes patógenos.
• Función estructural: Proporcionan soporte y resistencia a tejidos y células (ej. colágeno en el tejido conectivo, queratina en la piel y el cabello).
• Regulación: Algunas hormonas son de naturaleza proteica (ej. insulina, hormona del crecimiento) y regulan procesos metabólicos. También participan en la regulación de la expresión génica.
• Receptora: Captan señales químicas del exterior celular.

Aminoácidos: Unidades Fundamentales de las Proteínas

Definición de Aminoácidos

Un aminoácido es una molécula orgánica que posee un grupo amino (-NH₂) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos al mismo átomo de carbono, denominado carbono alfa (Cα). A este carbono alfa también se unen un átomo de hidrógeno y una cadena lateral variable, conocida como grupo R, que es la que diferencia a los distintos aminoácidos.

Clasificación de los Aminoácidos

Los aminoácidos se pueden clasificar según diversos criterios, siendo uno de los más importantes su esencialidad para el organismo:

• Aminoácidos esenciales: Son aquellos que el organismo no puede sintetizar por sí mismo en cantidades suficientes para cubrir sus necesidades y, por lo tanto, deben ser ingeridos a través de la dieta.
• Aminoácidos no esenciales: Son aquellos que el organismo puede sintetizar a partir de otros compuestos.

(Nota: Todos los aminoácidos que forman parte de las proteínas están codificados en el material genético (ADN)).

Glucógeno: Polisacárido de Reserva Animal

El glucógeno es el principal polisacárido de reserva energética propio de los tejidos animales. Se encuentra en mayor proporción en los hepatocitos (células del hígado), donde sirve para mantener la glucemia, y en las células musculares, donde se utiliza como fuente rápida de glucosa para la contracción. Su estructura es similar a la de la amilopectina (un componente del almidón), siendo un polímero ramificado de glucosa, pero el glucógeno presenta ramificaciones más frecuentes.