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, atmosférico y acuático desempeñando un papel importante en los flujos de

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 CO 2. Junto con la

descomposición orgánica, la respiración demanda al C, biológicamente fijado en los reservorios

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. Debido a la declinación de la Tierra y a la desigual distribución de la vegetación en

los hemisferios, existe una flotación a lo largo del año que es visible en los diversos gráficos

variación de la concentración anual del CO2 en la atmósfera. A pesar de que el reservorio es el

menor de los tres, es el mas estable ya que los terrestres y oceanográficos son muy sensibles 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.

Tal ciclo biogeoquímico se intercambia entre la biósfera, li tósfera, hidrósfera y atmósfera

(siendo el cuarto elemento 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, existiendo en dos formas básicas: orgánica (presente en los organismos vivos,

muertos y descompuestos) e inorgánica (presente en las rocas).

CICLO DEL OXÍGENO

El O2 es el elemento más abundante en masa sobre la corteza terrestre y océanos, y el

segundo en la atmósfera. En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra

formando parte 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),

monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de

azufre (SO2), etc. Representa el 20% de la

atmósfera terrestre; abastece las

necesidades de todos los organismos

terrestres que lo respiran para su

metabolismo, además cuando se disuelve

en agua, cubre las necesidades de los

organismos acuáticos. En el proceso de la

respiración, el O2 actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de C de

los alimentos, el producto es agua. 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 electrones reducen los átomos de O2 de las moléculas de 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

las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen átomos libres 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, es el principal responsable del “efecto

invernadero” como causante del conocido cambio

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.

Un átomo de carbono pasará, tarde o temprano, por todas las partes constitutivas del planeta

(biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera), permaneciendo un tiempo variable en cada una de

ellas. Los tiempos de permanencia del carbono en los diferentes depósitos de la biosfera

oscilan entre menos de un año en los órganos ‘verdes’, flores, frutos y raicillas; de 20 a cientos

de años en la madera; y hasta miles de

años en el humus estable de los suelos. El

balance entre el carbono acumulado en 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

degrada aportando carbono al suelo y CO2

a la atmósfera, e aquí donde entra la

participación del O2.

CICLO DEL NITRÓGENO

Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN

y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su reserva fundamental es la

atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada

directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacteri as). Esas bacterias

y algas cianofíceas que pueden usar el 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

formas químicas (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), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves

y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden

tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

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

plantas son tan 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

nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. 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

forman las membranas celulares; y de 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 reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas

o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas.

Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta

al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de

nuevo las sales de fósforo.

Otra parte es absorbida por el plancton que, a su vez, es comido por organismos 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

los ecosistemas acuáticos y en

los lugares en los que las

corrientes marinas suben del

fondo, arrastrando fósforo 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 los compuestos de fósforo

que se recogen directamente

de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se 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

obtienen principalmente en su forma de ion sulfato (SO4). Estos organismos lo incorporan a las

moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior. Al

morir los 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

intercambios de 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, en las rocas y en los sedimentos

oceánicos, en donde el azufre se encuentra

almacenado. El SO2 atmosférico se disuelve

en el 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."

CICLO DEL HIDRÓGENO

Se encuentra constituido por el ciclo del agua o ciclo hidrológico, que colecta, purifica y

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 energía solar y la gravedad convierten continuamente el agua de un estado físico a otro, y la

desplazan entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos. 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

mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, 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:

Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N

Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa 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 los elementos más ligeros con 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.

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 enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C

= C) o triples.

8. De acuerdo a lo anterior permiten formación de cadenas más o menos largas,

lineales, ramificadas y anillos.

Bioelementos secundarios S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl

Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 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

fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos,

sales minerales abundantes en los seres vivos.

Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma 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

iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión

del impulso nervioso.

Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para 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.

Oligoelementos

Se denominan así al 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 aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden

considerarse comunes para casi todos, y estos son: 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

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 la masa de cualquier célula como polímeros formados por la unión 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. Por ejemplo, la celulosa formada por la 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 polímeros forman la mayor parte de la maquinaria estructural y funcional de la célula. Los

polisacáridos actúan como componentes estructurales y como reservas de energía (e n el caso

del almidón). Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, participan en el almacenamiento, transmisión y

expresión de la información. El ADN actúa principalmente como almacén de la información

genética, mientras que el ARN interviene en la extracción de la información almacenada en el

ADN. Las proteínas que tienen una diversidad estructural muy superior a la de los polisacáridos

o los ácidos nucleicos, realizan un conjunto mas diverso de funciones biológicas. Algunas de

ellas desempeñan cometidos estructurales como la 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

hacen las hormonas proteicas y los receptores de 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, los lípidos son un grupo de compuestos químicamente 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 en el grupo OH 2´ de la ribosa en el ARN, que está sustituido por el H en el

ADN la conexión entre las sucesivas unidades monoméricas en los ácidos nucleicos se realiza

mediante un residuo fosfato unido al hidroxilo del carbono 5´ de una unidad y al hidroxilo 3´ de

la siguiente formando un enlace fosfodiester entre los dos residuos 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. La importancia de los ácidos nucleicos en el almacenamiento y la transmisión de

la información deriva de que son heteropolímeros. Cada monómero de la cadena contiene 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) y también hay aminoácidos modificados que se hallan en las proteínas. La variedad

de cadenas laterales (hidrófilas, hidrófobas, ácidas, básicas, neutras) permite una gran

complejidad funcional en las proteínas. Es posible realizar variaciones adi cionales modificando

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

polimerización de los aminoácidos mediante enlaces peptídicos

estables que pueden hodrolizarse fácilmente en presencia de

catalizadores. La secuencia definida y única de los aminoácidos

en cada proteína constituye su estructura primaria, dictada por

su gen. Las proteínas se sintetizan por medio de la traducción

que requiere de ATP; al ARNm correspondiente a una proteína

se une al ribosoma y cada aminoácido específico se acopla a

una determinada molécula de ARNt; un triplete anticodón del

ARNt se empareja con un triplete codón del ARNm

transferiéndose uno a uno siendo que la longitud esta 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

determina el plegado local (estructura secundaria), el plegado global (estructura terciaria) y la

organización en estructuras múltiples subunidades (estructura cuaternaria).

Las proteínas pueden agruparse en dos grandes categorías: fibrosas y globulares. Las proteínas

fibrosas son alargadas, habitualmente de estructura secundaria regular, y desempeñan

funciones estructurales en la célula y el organismo. Son ejemplos importantes las queratinas

(hélice α), las fibroínas (lámina β), el colágeno (triple hélice) y la elastina (ovillos aleatorios con

enlaces cruzados). Las proteínas globulares presentan estructuras terciarias más complejas y

se pliegan en formas compactas que suelen contener dominios definidos. Diversos factores

determinan la estabilidad 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

experimentan diversos tipos de movimientos internos y, la mayoría existen y funcionan como

ensamblajes de múltiples subunidades que forman un nivel de estructura cuaternario en lo

que todo, es determinado por la secuencia del gen.

La mayor parte de los organismos necesitan O2. Los vertebrados utilizan la hemoglobina para

el transporte del O2 y la mioglobina para el 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

reconocimiento del 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

anticuerpos se consigue mediante múltiples recombinaciones somáticas y mutaciones rápidas

en las células productoras de anticuerpos. La respuesta inmunitaria celular implica células T

destructoras portadoras de receptores. El SIDA es una enfermedad del sistema inmunitario, 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

desplazan unos sobre 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

desplazamiento ameboide o los flagelos y los cilios que se impulsan mediante el deslizamiento

impulsado por el ATP, de los microtúbulos, que son filamentos formados por la polimerización

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 transformación no se verifica directamente, ya que es necesario un paso intermedio en el

cual el reactivo se active, de forma que sus enlaces se 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 debil iten sus enlaces y que no haga falta tanta energía para

romperlos; y otras, 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

formula estequimétrica (CH2O)n o derivados de los mismos. Son un producto importante de la

fotosíntesis, y su 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

diastereómeros múltiples. Los monosacáridos pueden ser aldosas o cetosas. La mayor parte de

los importantes son las aldosas D. los que contienen cinco carbonos o mas se encuentran

principalmente en forma de anillos de cinco (furanosa) o seis (piranosa) átomos, que proceden

de la formación de un hemiacetal interno. Estos anillos existen en forma de anómeros α o β, y

presentan múltiples conformaciones.

Los derivados importantes de los monosacáridos comprenden los ésteres fosfato, los ácidos y

las lactonas, los alditoles, aminoazúcares y glúcidos. Los ésteres fosfato son 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

hidrólisis in vivo. Los polisacáridos tienen múltiples tipos de funciones, como el almacenmiento

de azúcar (almidón y glucógeno), funciones estructurales (celulosa, xilanos, quitina,

glucosaminoglicanos, polisacáridos de la pared celular) y marcadores de identificación

(oligosacáridos y polisacáridos de las glucoproteínas y 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

inmediatamente a energía, es convertida a grasa. El glucógeno es un

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

en el centro de la estructura. El glucógeno se convierte fácilmente

en glucosa para proveer enbergía.

LIPIDOS

Muchas de las propiedades importantes de los lípidos derivan del hecho de que estas

sustancias son anfipáticas, esto es, contienen regiones hidrófobas y regiones hidrófilas. La

mayor parte de los ácidos grasos que se encuentran en la naturaleza contienen un número par

de átomos de C. Cuando están insaturados, los dobles enlaces suelen 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, los enfingolípidos, los glucoesfingolípidos y los glucoglicerolípidos. Las membranas

son estructuras bicapa, que contienen proteínas y lípidos en un mosaico fluido. Las dos láminas

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

hélices α hidrófobas en

la región

transmembrana.

El transporte a través de las membranas puede 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. Esta depolarización se produce por el

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

manos. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones

químicas que se producen en los seres vivos. Función transportadora. El transporte de lípidos

desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los

ácidos biliares y a los proteolípidos, asociaciones de proteínas específicas con triacilglicéridos,

colesterol, fosfolípidos, etc., que permiten su transporte por sangre y linfa.

VITAMINAS

En 1912 el bioquímico inglés F. Hoapkins descubrió que las ratas sometidas a una dieta

de productos "purificados", conteniendo todas las sustancias consideradas hasta ese momento

necesarias para la nutrición, detenían su proceso de crecimiento, que se volvía a iniciar cuando

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

sustancias orgánicas, desconocidas hasta 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 solo veinte años (de 1928 a 1948) se identificaron todas las vitaminas, se determinó su

estructura química, se produjeron de forma sintética en el laboratorio y se estableció su papel

en los procesos nutritivos.

Las vitaminas son substancias químicas no sintetizables por el organismo, presentes en

pequeñas cantidades en los alimentos y son indispensables para la vida, la salud, la actividad

física y cotidiana. No producen energía y por tanto no implican calorías. Intervienen como

catalizador en las reacciones bioquímicas metabólicas provocando la liberación de energía. En

otras palabras, la función de las vitaminas es la de facilitar la transformación que siguen los

sustratos a través de las vías metabólicas. Normalmente se utilizan en el interior de las células

como precursoras de las coenzimas, a partir de los cuales se elaboran los miles de enzimas que

regulan las reacciones químicas de las que viven las células. Las vitaminas deben ser aportadas

a través de la alimentación al no poder ser sintetizadas por el cuerpo humano. Una excepción

es la vitamina D, que se puede formar en la piel con la exposición al sol, y las vitaminas K, B 1,

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

suplementos de farmacia o herbolario. Un aumento de las necesidades 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, e tc.). Aunque las

moléculas de las vitaminas de síntesis tengan los mismos elementos estructurales que las

orgánicas, en muchos casos no tienen la misma configuración espacial, por lo que cambian sus

propiedades. Son sustancias lábiles, ya que se alteran fácilmente por cambios de temperatura

y pH, y también por almacenamientos prolongados. Las deficiencias de vitaminas y los excesos

de algunas de ellas producen enfermedades de mayor o menor gravedad.

Existen dos grupos de 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

exceso de 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

Vitamina B1

Participa en el funcionamiento del sistema nervioso.

Interviene en el metabolismo de glúcidos y el crecimiento

y mantenimiento de la piel.

Carnes, yema de huevo, levaduras, legumbres

secas, cereales integrales, frutas secas.

Vitamina B2

Metabolismo de prótidos y glúcidos

Efectúa una actividad oxigenadora y por ello interviene en

la respiración celular, la integridad de la piel, mucosas y el

sistema ocular por tanto la vista.

Carnes y lácteos, cereales, levaduras y

vegetales verdes

Vitamina B3

Metabolismo de prótidos, glúcidos y lípidos

Interviene en 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

Interviene en la asimilación de carbohidratos, proteínas y

lípidos.

La sintesis del hierro, formación de la insulina y reducir los

niveles de colesterol en sangre.

Cereales integrales, hígado, hongos, pollo,

broccoli.

Vitamina B6

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 de dióxido de carbono en la 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.

Vitamina B12

Elaboración de células

Sintesis de la hemoglobina

Sintetizada por el organismo. No presente en

vegetales.

Sistema nervioso Si aparece en carnes y lacteos.

Vitamina C

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

organismo y su ingesta en exceso puede provocar desajustes. Químicamente se trata de lípidos

insaponificables, caracterizados por su incapacidad para formar jabones, ya que carecen en sus

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,

Hidratación de 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 el metabolismo del calcio y también en el

metabolismo del fósforo.

Hígado, Yema de huevo, 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 Vitamina C, las vitaminas A y E poseen propiedades antioxidantes. Respecto de

los vínculos existentes entre las vitaminas 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

ampliamente entre los atletas. Si bien algunos trabajos que se basan en estudios controlados,

indican una incidencia positiva en el rendimiento, muchos otros, demuestran una incidencia

escasa de este suplemento en el rendimiento deportivo.

Vitamina A (Retinol)

INDISPENSABLE PARA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS TEJIDOS. DESEMPEÑA UN PAPEL FUNDAMENTAL EN LA VISIÓN. Su carencia produce: CONJUNTIVITIS, PIEL SECA Y RUGOSA, VISIÓN IMPERFECTA.

Vitamina B1 (Tiamina)

INFLUYE EN MECANISMOS DE TRANSMISIÓN NERVIOSA. Su carencia produce: INFLAMACIÓN DE LOS NERVIOS, REDUCCIÓN DE LOS REFLEJOS TENDINOSOS, ANOREXIA, FATIGA Y TRASTORNOS GASTROINTESTINALES.

Vitamina B2 (Riboflavina)

IMPORTANTE PARA EL METABOLISMO DE PROTEÍNAS E HIDRATOS DE CARBONO Y SU TRANSFORMACIÓN EN ÁCIDOS GRASOS. PARTICIPA EN LA INCORPORACIÓN DEL YODO AL TIROIDES. Su carencia provoca: DERMATITIS SEBORREICA, FATIGA VISUAL, Y CONJUNTIVITIS.

Vitamina B6 (Piridoxina)

ESENCIAL EN EL METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS. INTERVIENE EN REACCIONES DE TRANSAMINACIÓN, DESCARBOXILACIÓN Y EN EL APORTE DE AMINOÁCIDOS. Su carencia produce: APATÍA, DEPRESIÓN, CALAMBRES, NAUSEAS, MAREO, PARESTESIAS ANEMIA Y DEBILIDAD MUSCULAR.

Vitamina B12

(Cianocobalamina)

COENZIMA DE DIVERSAS REACCIONES ENZIMÁTICAS (TRANSFERENCIA DE GRUPOS METILO Y TRANSFORMACIONES DEL ÁCIDO FÓLICO EN FOLÍNICO).

Su carencia provoca: ATROFIA DE LOS MUCOSA DIGESTIVA Y ABOLICIÓN DE LA SENSIBILIDAD PROFUNDA.

Vitamina B8 o Biotina o Vitamina H

ES LA COENZIMA DE LAS CARBOXILASAS O ENZIMAS QUE FIJAN EL ANHÍDRIDO CARBÓNICO.

Vitamina C (Ácido Ascórbico)

PAPEL DE OXIDO-REDUCTOR. Su carencia provoca: HEMORRAGIAS, DEFICIENCIAS CELULARES, RETARDO EN CICATRIZACIÓN Y ALTERACIÓN DEL TEJIDO ÓSEO.

Vitamina D (Colecaldiferol)

INFLUYE EN LA FUNCIÓN DE LA GLÁNDULA PARATIROIDES, AUMENTA ABSORCIÓN DE SALES DE CALCIO Y FÓSFORO. Su carencia provoca: RAQUITISMO, ALTERACIONES MUSCULARES, REBLANDECIMIENTO ÓSEO.

Vitamina E (Tocoferol)

ACCIÓN ANTIOXIDANTE. Su carencia provoca: DISTROFIAS MUSCULARES, ALTERACIONES VASCULARES DEGENERATIVAS, ATROFIA TESTICULAR, IMPLANTACIÓN DEFECTUOSA DEL HUEVO EN EL ÚTERO.

VITAMINA B10-11 o Folacina o Ácido Fólico

PARTICIPA EN FENÓMENOS DE CRECIMIENTO, DESARROLLO Y EN LA HEMATOPEYOSIS. Su carencia provoca: ANEMIAS, LEUCOPENIAS, LESIONES GASTROINTESTINALES Y DIARREAS.

Vitamina K o Filokinona o Antihemorrágica

INTERVIENE EN EL SISTEMA DE COAGULACIÓN SANGUÍNEA. Su carencia provoca: HEMORRAGIAS.

Vitamina P (Citrina)

AUMENTA LA RESISTENCIA CAPILAR Y CONTROLA LA PERMEABILIDAD DE LOS VASOS. FAVORECE LA ACCIÓN DE LA ADRENALINA.

Su carencia produce: AUMENTA LA FRAGILIDAD CAPILAR.

Vitamina B3 o Ácido Nicotínico o Niacina o

Vitamina PP

ESENCIAL EN LOS PROCESOS DE OXIDO-REDUCCIÓN. Su carencia provoca: DERMATITIS, DIARREA.

Vitamina B5 (Ácido Pantoténico)

FORMA PARTE DE LA COENZIMA A. PARTICIPA ACTIVAMENTE EN LA DESINTOXICACIÓN DE COMPUESTOS EXTRAÑOS O NOCIVOS, EN EL METABOLISMO DE LAS GRASAS Y PROTEÍNAS Y, EN LA SÍNTESIS DE ACETILCOLINA. Su carencia provoca: HIPERREFLEXIA, DEFICIENTE ACTIVIDAD DE LAS GLÁNDULAS SUPRARRENALES.

Vitamina B15 (Ácido Paneámico)

ACCIÓN ANTIANÓXICA.

Vitamina F

INTERVIENE EN LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS COMPLEJOS (GRASOS INSATURADOS Y ESENCIALES). ESTIMULA EL CRECIMIENTO. Su carencia provoca: ECCEMA, OBSTRUCCIÓN DE LOS FOLÍCULOS PILOSOS.

Vitamina H o PABA (Paraaminobenzoico)

NECESARIO PARA EL DESARROLLO DEL MICROORGANISMOS. ANTAGONISTAS DE LAS SULFAMIDAS. CONDICIONA PIGMENTACIÓN DEL PELO. Su carencia provoca: ENCALLECIMIENTO. DISMINUYE LA PROTECCIÓN SOLAR DE LA PIEL.

Vitamina L

FACTOR VITAMÍNICO DISCUTIDO QUE PARECE NECESARIO EN LA INSTAURACIÓN DE LA LACTANCIA.

Vitamina T (Termitina)

COMPLEJO DE SUSTANCIAS BIOESTIMULANTES DEL CRECIMIENTO, OBTENIDA DE LAS TERMITAS.

Vitamina V

(Antiulcerosa)

PROTEGE FRENTE A LA ULCERA GÁSTRICA.

Coenzima Q

(Urquinona)

SISTEMA DE OXIDO-REDUCCIÓN.

Factores que neutralizan y destruyen ciertas vitaminas:

Las bebidas alcohólicas. El alcohol aporta calorías sin apenas contenido vitamínico, a la vez

que disminuye el apetito; al ingerir menos alimentos se producen carencias principalmente de

ácido fólico y de vitaminas del grupo B.

El tabaco. La vitamina C interviene en los procesos de desintoxicación, reaccionando contra las

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

vitamina C. En situaciones de estés, se requiere un suplemento de vitaminas C, 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 ser tóxico para el organismo, por tanto se debe tener cuidado especialmente 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.