Bioquimica avanzada

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Bioquimica avanzada

  1. 1. BIOQUIMICA AVANZADA ISELA ELIZABETH RANGEL VENTURA, 0730055 CICLO DEL CARBONO El ciclo del C es relativamente rápido: se estima que la renovación del C atmosférico ocurre cada 20 años. En ausencia de la influencia antropogénica, existen tres depósitos o “stocks”: terrestre,atmosféricoyacuáticodesempeñandounpapel importante enlosflujosde C entre los diversos depósitos, a través de la fotosíntesis y respiración. Mediante la fotosíntesis, las plantas absorben la energía solar y el CO2 de la atmósfera produciendo O2 y CHO que sirven de base para el crecimiento. Los animales y las plantas utilizan los CHO en el proceso de respiración, usando la energía contenida de estos y emitiendo CO2. Junto con la descomposición orgánica, larespiracióndemandaal C,biológicamente fijadoenlosreservorios terrestres a la atmósfera. Fotosíntesis: 6CO2 + 6H2O + luz solar  C6H12O6 + 6O2 Respiración: C6H12O6 (MO) + 6O2  6CO2 + 6H2O + energía El flujo de C entre la superficie terrestre y la atmósfera va en función de la fotosíntesis y la respiración.Debidoaladeclinaciónde laTierraya la desigual distribuciónde la vegetación en los hemisferios, existe una flotación a lo largo del año que es visible en los diversos gráficos variaciónde la concentraciónanual del CO2enla atmósfera.A pesarde que el reservorio es el menorde lostres,es el mas estable yaque losterrestresyoceanográficossonmuysensibles a los cambios. T° bajas de la superficie del océano potencian una mayor absorción del CO2 atmosférico mientras que las mas cálidas pueden causar la emisión de CO2.
  2. 2. Tal ciclo biogeoquímico se intercambia entre la biósfera, litósfera, hidrósfera y atmósfera (siendoel cuartoelemento mas abundante en el Universo, después del H, He y O2) y tal ciclo de puede dar en forma lentaa o geológica y en forma rápida o biológica. Es el pilar de la vida que conocemos,existiendoendosformasbásicas:orgánica(presenteenlos organismosvivos, muertos y descompuestos) e inorgánica (presente en las rocas). CICLO DEL OXÍGENO El O2 esel elementomásabundante enmasasobre la corteza terrestre y océanos, y el segundo en la atmósfera. En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formandoparte de silicatos y en los océanos formando parte de la molécula de agua, H2O. En la atmósfera se encuentra como oxígeno diatómico u oxígeno molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxidode nitrógeno(NO), dióxido de azufre (SO2),etc. Representael 20% de la atmósfera terrestre; abastece las necesidades de todos los organismos terrestres que lo respiran para su metabolismo,ademáscuandose disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismosacuáticos.Enel procesode la respiración,el O2 actúacomo aceptorfinal para loselectronesretiradosde los átomos de C de losalimentos,el productoesagua.El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar a los electrones respecto a los átomos de O2 de las moléculas de agua. Los electronesreducenlosátomosde O2 de lasmoléculasde agua y también se reducen los átomos de C (CO2) a CHO produciéndose al final O2 molecular para completar el ciclo. Otra parte del ciclo del O2 es su conversión en O3 (ozono). Las moléculas de O2 activadas por lasradiacionesmuyenergéticasde ondacorta,se rompenátomoslibres de O2 que reaccionan con otras moléculas de O2 formando O3. Esta reacción es reversible, de forma que el O3, absorbiendo radiaciones UV vuelve a convertirse en O2. CICLO DEL DIÓXIDO DE CARBONO El dióxido de carbono llega tan solo a componer un 0,03% de la composición de la atmósfera,esel principal responsable del “efecto invernadero”comocausante del conocidocambio climático. Las dos principales vías para frenar el calentamiento del planeta son la disminución de emisiones y el aumento de la fijación de CO2. El ciclo del CO2 es complejo, aunque consiste básicamente en la fijación del carbono atmosférico por la fotosíntesis de las plantas y su liberación por la respiración de éstas.
  3. 3. Un átomo de carbono pasará,tarde o temprano,por todaslas partes constitutivas del planeta (biosfera,atmósfera,hidrosferaylitosfera),permaneciendountiempovariable encadaunade ellas. Los tiempos de permanencia del carbono en los diferentes depósitos de la biosfera oscilanentre menosde unaño enlosórganos‘verdes’,flores,frutosy raicillas; de 20 a cientos de años en la madera; y hasta miles de años enel humusestable de los suelos. El balance entre el carbonoacumuladoen el árbol como resultado de su crecimiento y el liberado por el desprendimiento y descomposición de hojas, ramas, frutos, cortezas… (parte del cual se fijará en el suelo), determina la fijación neta de carbono por el árbol. Cada uno de los productos finales derivados de la madera tiene un tiempo de uso medio, después del cual se degradaaportandocarbono al sueloy CO2 a la atmósfera, e aquí donde entra la participación del O2. CICLO DEL NITRÓGENO Los organismosempleanel nitrógenoenlasíntesisde proteínas,ácidosnucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su reserva fundamental es la atmósfera,endonde se encuentraenforma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente porlamayoríade losseresvivos(exceptuandoalgunasbacterias).Esas bacterias y algascianofíceasque puedenusarel N2 del aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formasquímicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas. El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y utilizarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales. En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos),oen formade urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animalesde zonassecas).Estoscompuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.
  4. 4. Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en los nódulos de las raíces de las leguminosas(alfalfa,alubia, etc.) y por eso esta clase de plantassontan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos. Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera. A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenadosque se empleanactualmente engrandescantidadesenlaagricultura. Su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las aguas: la eutrofización. CICLO DEL FOSFORO El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que formanlas membranascelulares;yde los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo. Su reservafundamentalenlanaturalezaeslacortezaterrestre.Pormeteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidadesarrastradoporlas aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondodel mary forma rocas que tardarán millonesde añosenvolver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo.
  5. 5. Otra parte es absorbidaporel planctonque,a su vez,escomidopororganismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra. Es el principal factor limitante en losecosistemasacuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo,arrastrandofósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras. Con loscompuestosde fósforo que se recogen directamente de losgrandesdepósitosacumuladosenalgunoslugaresde latierrase abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización. CICLO DEL AZUFRE El azufre forma parte de proteínas. Las plantas y otros productores primarios lo obtienenprincipalmente ensuformade ionsulfato(SO4).Estosorganismosloincorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior. Al morirlos organismos,el azufre derivado de sus proteínas entra en el ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato. Los intercambiosde azufre, principalmente en su forma de bióxido de azufre (SO2), se realizan entre las comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de otra en la atmósfera,enlasrocas y enlossedimentos oceánicos,endonde el azufre se encuentra almacenado.El SO2 atmosférico se disuelve enel agua de lluvia o se deposita en forma de vapor seco. El reciclaje local del azufre, principalmente en forma de ion sulfato, se lleva a cabo en ambos casos. Una parte del sulfuro de hidrógeno (H2S), producido durante el reciclaje local del sulfuro, se oxida y se forma SO2."El elemento es denominado como de suma importancia en la vida de los seres vivos."
  6. 6. CICLO DEL HIDRÓGENO Se encuentraconstituidoporel ciclodel aguao ciclohidrológico,que colecta,purificay distribuye el abasto fijo del agua de la tierra. El ciclo hidrológico está enlazado con los otros ciclos biogeoquímicos, porque el agua es un medio importante para el movimiento de los nutrientes dentro y fuera de los ecosistemas. La energíasolary la gravedadconviertencontinuamenteel aguade unestadofísico a otro, y la desplazanentre el océano,el aire,latierraylosorganismosvivos. Los procesos principales en este reciclamiento y ciclo purificador del agua, son la evaporación(conversión del agua en vapor acuoso), condensación (conversión del vapor de agua en gotículas de agua líquida),transpiración(proceso en el cual es absorbida por los sistemas de raíces de las plantas y pasa a través de los poros (estomas) de sus hojas u otras partes,para evaporarse luego en la atmósfera, precipitación (rocío, lluvia, aguanieve, granizo, nieve) escurrimiento de regreso al mar para empezar el ciclo de nuevo. BIOELEMENTOS Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismoselementosquímicos. De todosloselementosque se hallanenlacortezaterrestre,sólo unos 25 son componentes de los seres vivos confirmando la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos siendo denominados elementos biogénicos o bioelementos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías: Bioelementosprimariosoprincipales:C, H, O, N Son loselementosmayoritariosde lamateriaviva,constituyenel 95% de lamasa total. Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes: 1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. 2. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico. 3. Son loselementosmásligeroscon capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. 4. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes.
  7. 7. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica. 5. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., 6. permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. 7. Los enlacesentre losátomosde carbonopuedenser simples (C - C), dobles (C = C) o triples. 8. De acuerdoa lo anteriorpermitenformación de cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos. BioelementossecundariosS,P, Mg,Ca, Na, K, Cl Los encontramosformandoparte de todos losseresvivos,yenunaproporcióndel 4,5%. Azufre Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A. Fósforo Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentalesde lasmembranascelulares.También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos. Magnesio Forma parte de la moléculade clorofila,yenforma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo. Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónicainterviene enlacontracciónmuscular,coagulaciónsanguínea y transmisión del impulso nervioso. Sodio Catiónabundante enel medioextracelular;necesariopara la conducción nerviosa y la contracción muscular. Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial.
  8. 8. Oligoelementos Se denominanasíal conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aisladounos60 oligoelementosenlosseres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunesparacasi todos,yestosson: hierro,manganeso,cobre,zinc,flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro: Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno. Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina. Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas. Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo. Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones. Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas. Elemento Qímico Símbolo % presente Comentarios: Oxígeno O 65% presente en el agua y casi todas las moléculas orgánicas. Necesario para la respiración Carbono C 18.5% presente en todas las moléculas orgánicas < Hidrógeno H 9.5% presente en el agua, nutrientes, casi todas las moléculas orgánicas; contribuye a la acidez cuando está cargado positivamente Nitrógeno N 3.2% presente en las proteínas y ácidos nucleicos Calcio Ca 1.5% constituyente de los huesos y dientes; necesario para los procesos de contracción muscular, coagulación sanguínea, movimientos intracelulares, liberación de neurotransmisores, etc. Fósforo P 1.0% presente en los ácidos nucleicos y el ATP la molécula rica en energía clave del metabolismo celular; constituyente de huesos y dientes Potasio K 0.4% catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular < Azufre S 0.3% forma parte de muchas proteínas, especialmente las contráctiles Sodio Na 0.2% catión más abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular Cloro Cl 0.2% anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial Magnesio Mg 0.1% necesario para que muchas enzimas funcionen correctamente Iodo I 0.1% vital para la producción de hormonas de la glándula tiroides Hierro Fe 0.1% componente esencial de la hemoglobina y de algunas enzimas necesarias para la producción de ATP Aluminio Boro Cromo Cobalto Cobre Estaño Flúor Manganeso Molibdeno Selenio Silicio Vanadio Zinc Al B Cr Co Cu Sn F Mn Mo Se Si Va Zn estos elementos se denominan oligoelementos por estar presentes en concentraciones mínimas [*] Constituyen el 96% de la masa total del cuerpo [**] Constituyen el 3.9% de la masa total del cuerpo [***] Constituyen el 0.1% de la masa total del cuerpo
  9. 9. BIOMOLÉCULAS La complejidad de los procesos de la vida requiere de muchas de las moléculas que participan en estos procesos sean enormes. Tales macromoléculas constituyen una parte importante de lamasa de cualquiercélula comopolímerosformadosporlaunión de unidades prefabricadas o monómeros de una diversidad limitada que se unen entre ellos, o bien, se polimerizan de forma idéntica, siendo principalmente los ácidos nucleicos, proteínas y polisacáridos.Porejemplo,lacelulosaformadaporla unión de miles de moléculas de glucosa como homopolímero, en cambio, la combinación de polisacáridos con ácidos nucleicos y proteínas son heteropolímeros. Los ácidos nucleicos son polímeros de 4 nucleótidos, conformando los polinucleótidos. De igual modo, las proteínas se forman mediante las combinaciones de 20 aminoácidos diferentes. Las cadenas proteicas se denominan polipéptidos. Los polímerosformanlamayorparte de la maquinaria estructural y funcional de la célula. Los polisacáridosactúancomocomponentesestructurales y como reservas de energía (en el caso del almidón).Losácidosnucleicos,ADN yARN,participanenel almacenamiento,transmisióny expresión de la información. El ADN actúa principalmente como almacén de la información genética,mientrasque el ARN intervieneenla extracción de la información almacenada en el ADN.Las proteínasque tienenunadiversidadestructural muysuperiorala de lospolisacáridos o los ácidos nucleicos, realizan un conjunto mas diverso de funciones biológicas. Algunas de ellasdesempeñancometidosestructuralescomola queratina del pelo y la piel ye el colágeno en el tejido conjuntivo. Otras actúan como sustancias transportadoras (hemoglobina). Las proteínas pueden transmitir información entre partes distantes de un organismo, como lo hacenlas hormonasproteicasylosreceptoresde la superficie celular que reciben las señales de las hormonas, o pueden defender al organismo frente a la infección, como lo hacen los anticuerpos. Por otro lado,loslípidossonungrupo de compuestosquímicamente diverso que se clasifican juntos debido a sus estructuras con abundantes hidrocaburos que les proporcionan la una solubilidad muy baja en el medio acuoso de la célula. Esta baja solubilidad dota a los lípidos para una de sus funciones mas importantes, la de actuar como el elemento principal de membrana que rodean las células y que las dividen en varios compartimientos. ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son la únicas sustancias biológicas que poseen la notable propiedad la autoduplicacion. Solo existen dos tipos, el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico(ADN).En cada caso, la unidad monomérica contienen un azúcar de cinco C, la ribosa en el ARN y la 2´-desoxirribosa en el ADN. La diferencia entre los dos azúcares radica únicamente enel grupoOH 2´ de la ribosa en el ARN, que está sustituido por el H en el ADN la conexiónentre lassucesivas unidades monoméricas en los ácidos nucleicos se realiza mediante unresiduofosfatounidoal hidroxilodelcarbono5´ de una unidad yal hidroxilo3´de la siguienteformandounenlace fosfodiesterentre losdosresiduos de azúcar construyéndose cadenas largas. A pH fisiológico cada residuo de una molécula de ADN o ARN lleva una carga negativa. Los residuos de azúcar unidos mediante enlace fosfodiester constituyen el armazón de la molécula de ácido nucleico. El armazón es una estructura repetitiva, incapaz de codificar información.Laimportanciade losácidosnucleicosenel almacenamiento y la transmisión de
  10. 10. la informaciónderivade que sonheteropolímeros.Cadamonómerode lacadenacontiene una base heterocíclica, que siempre va unida al C 1´ del azúcar. Existen dos tipos de bases heterocíclicas que se denominan purinas y pirimidas. El ADN tiene dos purinas (A y G) y dos pirimidinas (C y T). El ARN posee las mismas bases pero sustituyendo la T por el U. PROTEINAS Las proteínas son polímeros de L-α-aminoácidos. En los genes están codificados 20 aminoácidos distintos que se incorporan a las proteínas. Existen otros aminoácidos (no proteicos) ytambiénhayaminoácidosmodificadosque se hallan en las proteínas. La variedad de cadenas laterales (hidrófilas, hidrófobas, ácidas, básicas, neutras) permite una gran complejidadfuncionalenlasproteínas.Esposible realizarvariacionesadicionalesmodificando algunos aminoácidos después que se han incorporado a las proteínas. La presencia de cargas positivas y negativas en las cadenas laterales hace que las proteínas sean polianfólitos. Los oligopéptidos y polipéptidos se forman por la polimerizaciónde losaminoácidosmedianteenlacespeptídicos establesque pueden hodrolizarse fácilmente en presencia de catalizadores.Lasecuenciadefinidayúnicade los aminoácidos encada proteínaconstituye suestructuraprimaria,dictadapor su gen. Las proteínas se sintetizan por medio de la traducción que requiere de ATP;al ARNmcorrespondiente a una proteína se une al ribosoma y cada aminoácido específico se acopla a una determinadamolécula de ARNt; un triplete anticodón del ARNt se empareja con un triplete codón del ARNm transferiéndose unoaunosiendoque lalongitudesta limitada a tripletes específicos de “iniciación” y “parada”. Las moléculas proteicas se organizan de manera característica en distintos niveles. El primer nivel, o nivel primario, es la secuencia de aminoácidos, dictada por el gen. Esta secuencia determinael plegadolocal (estructurasecundaria),el plegado global (estructura terciaria) y la organización en estructuras múltiples subunidades (estructura cuaternaria). Las proteínaspuedenagruparse endosgrandescategorías:fibrosasyglobulares.Las proteínas fibrosas son alargadas, habitualmente de estructura secundaria regular, y desempeñan funcionesestructuralesen la célula y el organismo. Son ejemplos importantes las queratinas (hélice α),lasfibroínas(láminaβ),el colágeno(triple hélice) ylaelastina(ovillosaleatorios con enlaces cruzados). Las proteínas globulares presentan estructuras terciarias más complejas y se pliegan en formas compactas que suelen contener dominios definidos. Diversos factores determinanlaestabilidad de las proteínas globulares: la entropía conformacional, la entalpia debido a los enlaces no covalentes internos, el efecto hidrófobo y los enlaces disulfuro. El plegado de muchas proteínas globulares se espontánea y rápidamente en condiciones “nativas”. En la célula, las chaperoninas impiden la formación de estructuras incorrectas o interacciones no deseadas; incluso cuando están plegadas son estructuras dinámicas que experimentandiversostipos de movimientosinternos y, la mayoría existen y funcionan como
  11. 11. ensamblajes de múltiples subunidades que forman un nivel de estructura cuaternario en lo que todo, es determinado por la secuencia del gen. La mayorparte de losorganismos necesitan O2. Los vertebrados utilizan la hemoglobina para el transporte del O2 y la mioglobinaparael almacenamiento del mismo. En estas proteínas, el O2 está unido al Fe(II)-porfirina (hemo); el hemo se transporta en un bolsillo hidrófobo, que inhibe la oxidación del hierro. La respuesta inmunitaria es la principal defensa del cuerpo frente a la infección. En la respuesta humoral, se generan y secretan anticuerpos (moléculas de inmunoglobulina específicas) que se unirán a los antígenos específicos. Este proceso se produce porque el reconocimientodel antígeno por parte de unas pocas células da lugar a la selección clonal de un gran número de células que producen el anticuerpo adecuado. La inmensa diversidad de anticuerposse consigue mediante múltiplesrecombinaciones somáticas y mutaciones rápidas en las células productoras de anticuerpos. La respuesta inmunitaria celular implica células T destructorasportadorasde receptores.El SIDA esuna enfermedaddel sistemainmunitario,en la que el VIH ataca a las células T que son esenciales para la proliferación de los clones de las células B. Por otro lado,en los animales existen diversos sistemas de proteínas macromoleculares que convierten la energía del ATP en trabajo físico. Un ejemplo importante es el sistema actina- miosina del musculo. En este tejido, los filamentos interdigitados de actina y miosina se desplazanunossobre otros mediante la fijación, el desplazamiento y el desprendimiento de puentes cruzados de miosina. La contracción muscular se estimula por la entrada de Ca, que produce un reordenamiento de las proteínas asociadas con la actina. El origen directo de la energía contráctil es el ATP, y el deposito final de la energía es la creatina fosfato. Existen también sistemas no musculares para realizar trabajo y movimiento, como el caso del desplazamientoameboide olosflagelosylosciliosque se impulsanmediante el deslizamiento impulsadoporel ATP,de losmicrotúbulos,que sonfilamentosformadosporla polimerización
  12. 12. de tubulina, pueden actuar como “caminos” para el transporte de orgánulos y proteínas intracelulares, y producir la separación de los cromosomas en la mitosis. En toda reacción química se produce una transformación de unas sustancias iniciales, denominadas reactivos o sustratos (S), en unas sustancias finales o productos (P). Esta transformaciónnose verificadirectamente,yaque esnecesariounpasointermedio en el cual el reactivose active,de formaque susenlacesse debiliten y se favorezca su ruptura. Este paso intermedio recibe el nombre de complejo activado y requiere un aporte de energía, generalmente en forma de calor, que se conoce como energía de activación. Las enzimas pueden actuar de dos formas: unas, fijándose mediante enlaces fuertes (covalentes) al sustrato, de modo que se debiliten sus enlaces y que no haga falta tanta energía para romperlos;yotras, atrayendo a las sustancias reaccionantes hacia su superficie de modo que aumente la posibilidad de encuentro y que la reacción se produzca más fácilmente. Las enzimas, una vez que han realizado la transformación del sustrato o sustratos en productos, se liberan rápidamente de ellos para permitir el acceso a otros sustratos. HIDRATOS DE CARBONO También conocidos como carbohidratos o sacáridos, son compuestos que tienen la formulaestequimétrica(CH2O)n oderivadosde losmismos. Son un producto importante de la fotosíntesis,ysu oxidación proporciona una fuente de energía principal para las plantas y los animales. Dado que la mayor parte de los monosacáridos tienen múltiples centros quirales, estos sacáridos se encuentran en pares enantioméricos (imágenes especulares D y L) de diastereómerosmúltiples.Losmonosacáridospuedenseraldosasocetosas.Lamayor parte de los importantes son las aldosas D. los que contienen cinco carbonos o mas se encuentran principalmente enformade anillosde cinco(furanosa) oseis(piranosa)átomos,que proceden de la formaciónde un hemiacetal interno.Estosanillosexisten en forma de anómeros α o β, y presentan múltiples conformaciones.
  13. 13. Los derivadosimportantesde losmonosacáridoscomprendenlosésteres fosfato, los ácidos y laslactonas,losalditoles,aminoazúcaresyglúcidos.Losésteresfosfatoson importantes como intermediarios metabólicos; los glucósidos constituyen una clase amplia de compuestos formados por la eliminación de agua entre un azúcar y otro compuesto hidróxilo. Los oligosacáridos y los polisacáridos están formados mediante enlaces glucosídicos entre los monosacáridos; el enlace glucosídico es metaestable y, por tanto, las enzimas controlan su hidrólisisinvivo.Lospolisacáridos tienenmúltiplestiposde funciones,comoel almacenmiento de azúcar (almidón y glucógeno), funciones estructurales (celulosa, xilanos, quitina, glucosaminoglicanos, polisacáridos de la pared celular) y marcadores de identificación (oligosacáridosypolisacáridosde lasglucoproteínasy las superficies celulares). Los antígenos de los grupos sanguíneos son ejemplos importantes de la función de identificación. La glucosa se almacena como glucógeno en los tejidos del cuerpo por el proceso de glucogénesis. Cuando la glucosa no se puede almacenar como glucógeno o convertirse inmediatamenteaenergía,esconvertidaagrasa. El glucógenoesun polímero de α-D-glucosa idéntico a la amilopectina, pero las ramificaciones son mas cortas y mas frecuentes. Las cadenas de glucosa están organizadas globularmente como las ramas de un árbol originando de un par de moléculas de glucogenina, una proteína con un peso molecular de 38,000 que sirve como cebador enel centro de la estructura. El glucógeno se convierte fácilmente en glucosa para proveer enbergía.
  14. 14. LIPIDOS Muchas de laspropiedadesimportantesde los lípidos derivan del hecho de que estas sustancias son anfipáticas, esto es, contienen regiones hidrófobas y regiones hidrófilas. La mayor parte de losácidos grasosque se encuentranenlanaturalezacontienenun número par de átomos de C. Cuandoestáninsaturados,losdoblesenlacessuelen ser cis. Los ácidos grasos están presentes las grasas (triacilgliceroles), en donde constituyen reservas de energía y elementos de aislamiento, y en las membranas, en donde son componentes de los fosfolípidos,losenfingolípidos,losglucoesfingolípidosylosglucoglicerolípidos.Lasmembranas son estructurasbicapa,que contienenproteínasylípidosenunmosaicofluido.Lasdosláminas difieren a menudo en su composición de proteínas y lípidos. Las proteínas periféricas están limitadas a una u otra cara de la membrana, mientras que las proteínas integrales se extienden de un lado a otro de la misma,con la presencia frecuente de hélicesα hidrófobas en la región transmembrana. El transporte a travésde las membranaspuede realizarse mediante difusión pasiva, puede ser facilitado por poros o trnaportadores, o puede ser impulsado de forma activa por reacciones exergónicas. Tan solo en este último caso puede producirse un transporte en contra de una gradiente de concentración. Un ejemplo de ello es la bomba Na+ – K+ , que mantiene la diferencia iónica y potencial de membrana que se observa entre las células y su entorno. El transporte activo puede ser indirecto como en el caso del cotransporte o el transporte mediante modificación. La conducción de impulsos nerviosos se basa en el desplazamiento de una onda de despolarización (un potencial de acción) del potencial de membrana de una célula nerviosa.Estadepolarizaciónse produce porel flujo de iones a través de los canales de paso que existen en la membrana. Le velocidad de la transmisión nerviosa depende de las dimensiones de los axones y de si están o no mielinizados. Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones: Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y
  15. 15. manos. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicasque se producenenlos seres vivos. Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidosbiliaresya losproteolípidos, asociacionesde proteínas específicascontriacilglicéridos, colesterol, fosfolípidos, etc., que permiten su transporte por sangre y linfa. VITAMINAS En 1912 el bioquímicoinglésF.Hoapkinsdescubrióque lasratassometidasa una dieta de productos"purificados",conteniendotodaslassustanciasconsideradashastaese momento necesariasparala nutrición,deteníansuprocesode crecimiento,que se volvíaainiciarcuando a las ratas se les suministraba a diario una pequeña cantidad de leche fresca. Este y otros experimentos similares demostraron la existencia en los alimentos de ciertas sustanciasorgánicas,desconocidashasta entonces, indispensables para el desarrollo animal. Sustancias a las que, en 1912 el bioquímico Casimir Funk propuso denominar vitaminas, la palabra proviene del latín vita (vida) y de amina (amina necesaria para la vida). En tan soloveinte años(de 1928 a 1948) se identificaron todas las vitaminas, se determinó su estructuraquímica,se produjeronde formasintéticaenel laboratorioyse estableció su papel en los procesos nutritivos. Las vitaminas son substancias químicas no sintetizables por el organismo, presentes en pequeñascantidadesenlosalimentos y son indispensables para la vida, la salud, la actividad física y cotidiana. No producen energía y por tanto no implican calorías. Intervienen como catalizadorenlasreaccionesbioquímicasmetabólicasprovocando la liberación de energía. En otras palabras, la función de las vitaminas es la de facilitar la transformación que siguen los sustratosa travésde lasvías metabólicas. Normalmente se utilizanenel interior de las células como precursorasde lascoenzimas,apartir de loscualesse elaboranlosmilesde enzimasque regulanlasreaccionesquímicasde lasque vivenlascélulas.Lasvitaminasdeben ser aportadas a travésde laalimentación al nopoderser sintetizadas por el cuerpo humano. Una excepción esla vitaminaD, que se puede formar en la piel con la exposición al sol, y las vitaminas K, B1, B12 y ácido fólico, que se forman en pequeñas cantidades en la flora intestinal. Con una dieta equilibrada y abundante en productos frescos y naturales, dispondremos de todas las vitaminas necesarias y no necesitaremos ningún aporte adicional en forma de suplementosde farmaciaoherbolario.Unaumentode lasnecesidades biológicas requiere un incremento de estas sustancias, como sucede en determinadas etapas de la infancia, el embarazo, la lactancia y durante la tercera edad. El consumo de tabaco, alcohol o drogas en general provoca un mayor gasto de algunas vitaminas, por lo que en estos casos puede ser necesario un aporte suplementario. Debemos tener en cuenta que la mayor parte de las vitaminas sintéticas no pueden sustituir a las orgánicas, es decir, a las contenidas en los alimentos o extraídas de productos naturales (levaduras, germen de trigo, etc.). Aunque las moléculas de las vitaminas de síntesis tengan los mismos elementos estructurales que las orgánicas,enmuchoscasos no tienenlamismaconfiguraciónespacial,por lo que cambian sus propiedades. Sonsustanciaslábiles,yaque se alteranfácilmente por cambios de temperatura
  16. 16. y pH, y tambiénporalmacenamientosprolongados.Lasdeficienciasde vitaminasylos excesos de algunas de ellas producen enfermedades de mayor o menor gravedad. Existendosgruposde vitaminas: Vitaminas hidrosolubles. Se caracterizan porque se disuelven en agua, por lo que pueden pasarse al agua del lavado o de la cocción de los alimentos. Muchos alimentos ricos en este tipo de vitaminas no nos aportan al final de prepararlos la misma cantidad que contenían inicialmente. Para recuperar parte de estas vitaminas (algunas se destruyen con el calor) se puede aprovechar el agua de cocción de las verduras para preparar caldos o sopas. A diferencia de las vitaminas liposolubles no se almacenan en el organismo. Esto hace que deban aportarse regularmente y sólo puede prescindirse de ellas durante algunos días. El excesode vitaminas hidrosolubles se excreta por la orina, por lo que no tienen efecto tóxico por elevada que sea su ingesta. Compuesto Función (interviene en) Fuente VitaminaB1 Participa en el funcionamiento del sistema nervioso. Interviene en el metabolismode glúcidos y el crecimiento y mantenimiento de la piel. Carnes,yema de huevo, levaduras, legumbres secas, cereales integrales, frutas secas. VitaminaB2 Metabolismo de prótidos y glúcidos Efectúa una actividad oxigenadora y por ello interviene en la respiracióncelular,la integridadde la piel, mucosas y el sistema ocular por tanto la vista. Carnes y lácteos, cereales, levaduras y vegetales verdes VitaminaB3 Metabolismo de prótidos, glúcidos y lípidos Intervieneen la circulación sanguínea, el crecimiento, la cadena respiratoria y el sistema nervioso. Carnes, hígado y riñón, lácteos, huevos, en cereales integrales, levadura y legumbres acido pantoténico Intervieneen la asimilación decarbohidratos,proteínas y lípidos. La sintesis del hierro,formación dela insulina y reducir los niveles de colesterol en sangre. Cereales integrales, hígado, hongos, pollo, broccoli. VitaminaB6 Metabolismo de proteínas y aminoácidos Formación de glóbulos rojos, células y hormonas. Ayuda al equilibrio del sodio y del potasio. Yema de huevos, las carnes, el hígado, el riñón, los pescados, los lácteos, granos integrales, levaduras y frutas secas biotina Cataliza la fijación dedióxidode carbono enla síntesis de los ácidos grasos. Interviene en la formación de la hemoglobina, y en la obtención de energía a partir de la glucosa. Hígado vacuno, maníes, cajú chocolate y huevos. ácido fólico Crecimiento y división celular. Formación de glóbulos rojos Carnes, hígado, verduras verdes oscuras y cereales integrales. carnitina Interviene en el transporte de ácidos grasos hacia el interior de las células. Reduce los niveles de trigliceridos y colesterol en sangre. Reduce el riesgo de depositos grasos en el hígado. Principalmente en carnes y lacteos. VitaminaB12 Elaboración de células Sintesis de la hemoglobina Sintetizada porelorganismo.No presente en vegetales.
  17. 17. Sistema nervioso Si aparece en carnes y lacteos. VitaminaC Formación y mantenimiento del colágeno Antioxidante Ayuda a la absorción del hierro no-hémico. Vegetales verdes, frutas cítricas y papas Vitaminas liposolubles. Se caracterizan porque no son solubles en agua , se almacenan en el organismoysu ingestaenexcesopuede provocardesajustes.Químicamente se tratade lípidos insaponificables,caracterizadosporsuincapacidadparaformar jabones,yaque carecenensus moléculas de ácidos grasos unidos mediante enlaces éster. Pertenecen a este grupo las vitaminas A, D, E y K. Vitamina Función (interviene en) Fuente A Intervienen en el crecimiento, Hidrataciónde piel, mucosas pelo, uñas, dientes y huesos. Ayuda a la buena visión. Es un antioxidante natural. Hígado, Yema de huevo, Lácteos, Zanahorias, Espinacas, Broccoli,Lechuga, Radiccio,Albaricoques, Damasco, Durazno, Melones, Mamón D Regula elmetabolismo del calcio y también en el metabolismo del fósforo. Hígado, Yema dehuevo, Lácteos, Germen de trigo, Luz solar E Antioxidante natural. Estabilización de las membranas celulares. Protege los ácidos grasos. Aceites vegetales, Yema de huevo, Hígado, Panes integrales, Legumbres verdes, Cacahuate, Coco, Vegetales de hojas verdes K Coagulación sanguínea. Harinas de pescado, Hígado de cerdo, Coles, Espinacas Al igual que la VitaminaC,lasvitaminas A yE poseenpropiedades antioxidantes. Respecto de losvínculosexistentesentre lasvitaminas y el deporte, o el rendimiento en los deportes, en los estudios realizados se observa que la vitamina E, por su función de estabilizadora de la estructura de las membranas y por sus propiedades antioxidantes, ha sido utilizada ampliamenteentre los atletas.Si bienalgunostrabajosque se basan en estudios controlados, indicanuna incidencia positiva en el rendimiento, muchos otros, demuestran una incidencia escasa de este suplemento en el rendimiento deportivo. VitaminaA (Retinol) INDISPENSABLE PARA EL FUNCIONAMIENTO DELOS TEJIDOS. DESEMPEÑAUN PAPEL FUNDAMENTAL EN LAVISIÓN. Su carencia produce: CONJUNTIVITIS, PIEL SECAYRUGOSA, VISIÓN IMPERFECTA. VitaminaB1 (Tiamina) INFLUYEEN MECANISMOS DE TRANSMISIÓN NERVIOSA. Su carencia produce: INFLAMACIÓN DELOS NERVIOS,REDUCCIÓN DELOS REFLEJOS TENDINOSOS, ANOREXIA, FATIGAYTRASTORNOS GASTROINTESTINALES. VitaminaB2 (Riboflavina) IMPORTANTEPARA EL METABOLISMO DEPROTEÍNAS EHIDRATOS DECARBONO Y SU TRANSFORMACIÓN EN ÁCIDOS GRASOS. PARTICIPAEN LAINCORPORACIÓN DEL YODO AL TIROIDES. Su carencia provoca: DERMATITIS SEBORREICA, FATIGAVISUAL,YCONJUNTIVITIS. VitaminaB6 (Piridoxina) ESENCIAL EN EL METABOLISMO DELOS ÁCIDOS GRASOS. INTERVIENEEN REACCIONES DE TRANSAMINACIÓN, DESCARBOXILACIÓN YEN EL APORTEDEAMINOÁCIDOS. Su carencia produce: APATÍA, DEPRESIÓN,CALAMBRES, NAUSEAS, MAREO, PARESTESIAS ANEMIA YDEBILIDAD MUSCULAR.
  18. 18. VitaminaB12 (Cianocobalamina) COENZIMADEDIVERSAS REACCIONES ENZIMÁTICAS (TRANSFERENCIADEGRUPOS METILO Y TRANSFORMACIONES DEL ÁCIDO FÓLICO EN FOLÍNICO). Su carencia provoca: ATROFIADELOS MUCOSADIGESTIVAYABOLICIÓNDELASENSIBILIDAD PROFUNDA. VitaminaB8 o Biotina o VitaminaH ES LACOENZIMADELAS CARBOXILASAS O ENZIMAS QUEFIJAN EL ANHÍDRIDO CARBÓNICO. VitaminaC (Ácido Ascórbico) PAPEL DEOXIDO-REDUCTOR. Su carencia provoca: HEMORRAGIAS, DEFICIENCIAS CELULARES, RETARDO EN CICATRIZACIÓN Y ALTERACIÓN DEL TEJIDO ÓSEO. VitaminaD (Colecaldiferol) INFLUYEEN LAFUNCIÓN DELAGLÁNDULAPARATIROIDES, AUMENTAABSORCIÓN DESALES DE CALCIO YFÓSFORO. Su carencia provoca: RAQUITISMO, ALTERACIONES MUSCULARES, REBLANDECIMIENTO ÓSEO. VitaminaE (Tocoferol) ACCIÓN ANTIOXIDANTE. Su carencia provoca: DISTROFIAS MUSCULARES, ALTERACIONES VASCULARES DEGENERATIVAS, ATROFIATESTICULAR, IMPLANTACIÓN DEFECTUOSADEL HUEVO EN EL ÚTERO. VITAMINA B10-11 o Folacinao Ácido Fólico PARTICIPAEN FENÓMENOS DECRECIMIENTO, DESARROLLO YEN LAHEMATOPEYOSIS. Su carencia provoca: ANEMIAS, LEUCOPENIAS, LESIONES GASTROINTESTINALES YDIARREAS. VitaminaK o Filokinonao Antihemorrágica INTERVIENEEN EL SISTEMADE COAGULACIÓN SANGUÍNEA. Su carencia provoca: HEMORRAGIAS. VitaminaP (Citrina) AUMENTA LA RESISTENCIACAPILAR YCONTROLALAPERMEABILIDAD DELOS VASOS. FAVORECE LAACCIÓN DELAADRENALINA. Su carencia produce: AUMENTALAFRAGILIDAD CAPILAR. VitaminaB3 o Ácido Nicotínico o Niacinao VitaminaPP ESENCIAL EN LOS PROCESOS DEOXIDO-REDUCCIÓN. Su carencia provoca: DERMATITIS,DIARREA. VitaminaB5 (Ácido Pantoténico) FORMAPARTE DELACOENZIMAA. PARTICIPAACTIVAMENTEEN LADESINTOXICACIÓN DE COMPUESTOS EXTRAÑOS O NOCIVOS, EN EL METABOLISMO DELAS GRASAS Y PROTEÍNAS Y, EN LASÍNTESIS DEACETILCOLINA. Su carencia provoca: HIPERREFLEXIA,DEFICIENTEACTIVIDADDELAS GLÁNDULAS SUPRARRENALES. VitaminaB15 (Ácido Paneámico) ACCIÓN ANTIANÓXICA. VitaminaF INTERVIENEEN LASÍNTESIS DEÁCIDOS COMPLEJOS (GRASOS INSATURADOS YESENCIALES). ESTIMULAEL CRECIMIENTO. Su carencia provoca: ECCEMA, OBSTRUCCIÓN DELOS FOLÍCULOS PILOSOS. VitaminaH o PABA (Paraaminobenzoico) NECESARIO PARA EL DESARROLLO DEL MICROORGANISMOS. ANTAGONISTAS DELAS SULFAMIDAS. CONDICIONAPIGMENTACIÓN DELPELO. Su carencia provoca: ENCALLECIMIENTO. DISMINUYELAPROTECCIÓN SOLAR DELAPIEL. VitaminaL FACTOR VITAMÍNICO DISCUTIDO QUEPARECENECESARIO EN LAINSTAURACIÓN DELA LACTANCIA. VitaminaT (Termitina) COMPLEJO DESUSTANCIAS BIOESTIMULANTES DEL CRECIMIENTO, OBTENIDADELAS TERMITAS. VitaminaV (Antiulcerosa) PROTEGEFRENTE ALAULCERA GÁSTRICA.
  19. 19. CoenzimaQ (Urquinona) SISTEMA DEOXIDO-REDUCCIÓN. Factoresque neutralizanydestruyenciertasvitaminas: Las bebidas alcohólicas. El alcohol aporta calorías sin apenas contenido vitamínico, a la vez que disminuye el apetito;al ingerirmenosalimentosse producencarenciasprincipalmente de ácido fólico y de vitaminas del grupo B. El tabaco. La vitaminaC interviene enlosprocesos de desintoxicación,reaccionandocontralas toxinas del tabaco. Debido a ese gasto extra, en fumadores se recomienda un aporte de vitamina C doble o triple del normal. El estrés. Bajo tensión emocional se segrega más adrenalina que consume gran cantidad de vitaminaC.En situacionesde estés,se requiere unsuplementode vitaminasC,E y del grupo B. Medicamentos. Los antibióticos y laxantesdestruyen la flora intestinal, por lo que se puede sufrir déficit de vitamina B12. Exceso de vitaminas o hipervitaminosis. Así como son indispensables para el organismo, el exceso de vitaminas puede tener efectos graves sobre la salud. A esto se llama hipervitaminosis. En muchos casos el exceso puede sertóxicoparael organismo,portanto se debe tenercuidadoespecialmente cuando se suplementa a una persona con vitaminas. Por lo general, una persona que lleva una alimentación normal o completa, nunca presenta carencia o exceso de vitaminas. Los casos particulares al exceso de cada vitamina, a como el organismo los demuestra y a sus posibles consecuencias, vea la página de cada vitamina y consulte además a su médico.

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