Laboratorio de Bioquímica Metabólica

Previo 2 – Introducción al metabolismo

1. ¿Qué es el metabolismo?

Se denomina metabolismo al conjunto de reacciones químicas enzimáticamente catalizadas que tienen lugar en la célula. Aunque el metabolismo no es un mero conjunto de reacciones, sino una actividad química altamente ordenada y llena de sentido cuyo objetivo es la correcta manipulación de la materia y la energía por parte de la célula para así mantener el estado vital.

2. Explique cada una de las fases del metabolismo.

El metabolismo se divide en dos fases principales: el catabolismo y el anabolismo.El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo, en la cual moléculas orgánicas complejas y relativamente grandes como los polisacáridos o las proteínas se degradan para dar lugar a moléculas de estructura más simple y menor tamaño tales como el ácido láctico, CO 2, agua, amoníaco o urea. Este proceso degradativo va acompañado de la liberación de la energía química inherente a la estructura de las moléculas orgánicas que se degradan; es por lo tanto un proceso exergónico. Muchas reacciones del catabolismo suponen una oxidación, es decir, una pérdida de electrones, de los sustratos orgánicos que se degradan. En resumen, el catabolismo es un proceso degradativo, oxidante y exergónico.

En contrapartida, el anabolismo es la fase constructiva del metabolismo, en la cual tiene lugar la síntesis de los componentes moleculares de las células tales como los ácidos nucleicos, las proteínas, los polisacáridos y los lípidos a partir de moléculas precursoras de estructura más sencilla y menor tamaño. Este proceso biosintético requiere energía química para poder ser llevado a cabo, es decir, es un proceso endergónico. La construcción de biomoléculas orgánicas altamente hidrogenadas requiere electrones para reducir a sus precursores relativamente oxidados. En resumen, el anabolismo es un proceso constructivo, reductor y endergónico.

3. ¿Cuál es la importancia de las enzimas dentro del metabolismo global?

Cada reacción química de la célula se halla catalizada por una enzima, que es específica para esa reacción. Sin las enzimas, las reacciones químicas que se realizan en nanosegundos, se llevarían a cabo en años.

4. ¿Qué significa IN VIVO e IN VITRO? De un ejemplo.

In Vivo (latín: dentro de lo vivo) significa “que ocurre o tiene lugar dentro de un organismo”. En ciencia se refiere a experimentación hecha dentro o en el tejido vivo de un organismo vivo, por oposición a uno parcial o muerto. Pruebas con animales y los ensayos clínicos son formas de investigación in vivo.

Es a menudo más apropiado para la observación de efectos finales y totales para un experimento en el sujeto viviente. Aunque en la biología molecular, in vivo se refiere a experimentación a nivel celular, donde estas pueden ser rotas y analizadas. También puede ser referencia a cualquier tipo de experimentación por oposición aquella que se hace in vitro, por ejemplo, los experimentos de propagación de plantas que se hacen en viveros se consideran in vivo, contrario a lo que sucede cuando se propagan plantas en tubos de ensayo, que se considera in vitro. En ambos casos el sujeto de experimentación esta in vivo.

In Vitro (latín: dentro del vidrio) se refiere a una técnica para realizar un determinado experimento en un tubo de ensayo, o generalmente en un ambiente controlado fuera del organismo vivo.

Muchos experimentos en biología celular son llevados a cabo fuera del organismo, en células. Porque las condiciones a veces pueden no corresponder a las condiciones dentro del organismo, los experimentos in vitro pueden ser poco exactos.

Este tipo de investigación apunta a describir los efectos de una variable experimental en un subconjunto de las partes constitutivas de un organismo. Tiende a enfocarse en órganos, tejidos, células, componentes celulares, proteínas y/o biomoléculas. Es más apropiada para deducir un mecanismo de acción, con menos variables y reacciones amplificadas.

5. ¿Cuál es la composición de la saliva?

Aproximadamente el 99% de la saliva es agua. E uno por ciento restante consiste en moléculas orgánicas grandes (proteínas, glicoproteínas y lípidos), de moléculas orgánicas pequeñas (glucosa, úrea) y de electrolitos (sodio, potasio, calcio, cloro y fosfatos).

6. ¿Cuáles son las funciones de la saliva?

- La saliva tiene muchas funciones tales como proteger la integridad de la mucosa- Eliminar restos alimenticios y bacterias de la cavidad bucal.- Neutralizar ácidos.- Acidificar bases y proveer de los iones necesarios para la remineralización de los tejidos dentarios.- Tiene propiedades antibacterianas, antifungicidas y antivirales.- También los componentes de la saliva facilita la masticación, la deglución, la fonación así como las funciones sensoriales de la cavidad bucal.

7. ¿Qué es la Diálisis y como se realiza?

En bioquímica, la diálisis es el proceso de separar las moléculas en una solución por la diferencia en sus índices de difusión a través de una membrana semipermeable. Consiste en el movimiento de solutos (iones, urea, ácido úrico, etc. …) y de solventes (agua) a través de los poros de una membrana semipermeable siguiendo los fenómenos de difusión, osmosis y filtración.

La diálisis es una técnica común de laboratorio, y funciona con el mismo principio que la diálisis médica. Se realiza teniendo una solución de varios tipos de moléculas, la cual es puesta en un bolso semipermeable de diálisis, como por ejemplo, en una membrana de la celulosa con poros, y el bolso es sellado. El bolso de diálisis sellado se coloca en un envase con una solución diferente, o agua pura. Las moléculas lo suficientemente pequeñas como para pasar a través de los poros (a menudo agua, sales y otras moléculas pequeñas) tienden a moverse hacia adentro o hacia afuera del bolso de diálisis en la dirección de la concentración más baja. Moléculas más grandes (a menudo proteínas, ADN, o polisacáridos) que tiene dimensiones significativamente mayores que el diámetro del poro son retenidas dentro del bolso de diálisis. Una razón común de usar esta técnica puede ser para quitar la sal de una solución de la proteína. La técnica no distinguirá efectivamente entre proteínas

8. ¿Qué le ocurre a una muestra de saliva al dializarla?

La saliva pierde iones y sales pero no proteínas, por ejemplo para estudiar enzimas de la saliva.

9. ¿Cuál es la estructura del almidón y cuáles son sus productos de hidrolisis?

Lo que llamamos almidón no es realmente un polisacárido, sino la mezcla de dos, la amilosa y la amilopectina. Ambos están formados por unidades de glucosa, en el caso de la amilosa unidas entre ellas por enlaces 1-4 lo que da lugar a una cadena lineal. En el caso de la amilopectina, aparecen ramificaciones debidas a enlaces 1-6.

La amilosa es una cadena teóricamente lineal, pero en la práctica existen algunas sustituciones iguales a las de la amilopectina, una cada varios centenares de moléculas, que no modifican sus propiedades.

En la amilopectina, las ramificaciones aparecen cada 20 o 30 glucosas. Las cadenas de las ramificaciones se ramifican a su vez, y aunque la estructura no está totalmente aclarada, parece probable que se encuentren no ramificadas al azar, sino formando una estructura que podríamos llamar "fractal", alrededor de una cadena central, que es la única que tiene un extremo reductor.

Los productos de la hidrolisis del almidón son productos grandes, maltosa y glucosa

10. Explique la reacción del iodo con el almidón y sus productos de hidrolisis.

Las moléculas de amilosa son helicoidales, con la zona interior hidrófoba (lipófila), y son capaces de formar complejos con porciones lineales hidrófobas de moléculas que se ajustan a las dimensiones del tubo hidrófobico. El yodo (como I3

-) es capaz de formar complejos tanto con amilosa como con amilopectina. El complejo se forma cuando se introduce el yodo en el interior hidrófobico de segmentos de hélice. En el caso de la amilosa, los largos segmentos helicoidales permiten la formación de largas cadenas de poli (I3-), que dan lugar al color azul característico que indica presencia de almidón. La amilopectina se colorea de color rojo purpura con el yodo, debido

a que las ramas de amilopectina son demasiado cortas para la formación de largas cadenas de poli (I3-).

Bibliografia

Metabolismo y fases

http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema15.pdf

enzimas

http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/SEIEM/1a/01/00/02_material/1a_generacion/mod4/biolo_celula/Metabolismo.pdf

in vivo e in vitro

http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/cfmc/Bioquimica_III/in_vivo_e_in_vitro.pdf

la saliva

https://bioquimiodonto.files.wordpress.com/2010/11/saliva-presentacion-biokimika.pdf

carbohidratos – almidon

http://es.slideshare.net/josedario13/carbohidratos-almidon

Previo 3 – Fermentación Alcohólica

1. ¿Qué es la respiración aeróbica? Explique.

La respiración celular aerobica es el conjunto de reacciones en las cuales el ácido pirúvico producido por la glucólisis se transforma en CO2 y H2O, y en el proceso, se producen 36 moléculas de ATP. En las eucariotas este proceso ocurre en la mitocondria en dos etapas llamadas Ciclo de Krebs (o ciclo de ácido cítrico) y la cadena de transporte de electrones. En la cadena se producen 34 moléculas de ATP a partir de una molécula inicial de glucosa.

2. ¿Qué es la respiración anaeróbica? Explique.

La respiración celular anaeróbica ocurre en ausencia de oxígeno. Este mecanismo no es tan eficiente como la respiración aeróbica, ya que solo produce 2 moléculas de ATP, pero al menos permite obtener alguna energía a partir del piruvato que se produjo en la glucolisis.

3. ¿Qué es la fermentación? ¿Cuántos tipos hay?

Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

Los tipos de fermentación que existen son:

Alcohólica : Se lleva a cabo fundamentalmente por levaduras del género Saccharomyces, que son hongos unicelulares que, en dependencia de la especie, se utilizan en la producción de pan, cervezas o vinos.

Láctica: es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Acética: es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.

Butírica: es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.

4. ¿Qué organismo es Saccharomyces cerevisiae? ¿Qué tipo de carbohidratos puede metabolizar?

Levadura es un nombre genérico que agrupa a una variedad de hongos, incluyendo tanto especies patógenas para plantas y animales, como especies no solamente inocuas sino de gran utilidad.

Dentro del género Saccharomyces, la especie cerevisiae constituye la levadura y el microorganismo eucariote más estudiado. Este organismo se conoce también como la levadura de panadería. El interés alimentario de Saccharomyces cerevisiae se debe a la capacidad de dicho organismo de esponjar el pan y por otra parte por el producto final que se obtiene de la fermentación alcohólica (la cerveza y el vino). Estos procesos ocurren debido a la metabolización de los azúcares de la masa o el mosto (esencialmente glucosa, fructosa, sacarosa o maltosa) para generar dióxido de carbono y alcohol etílico o etanol.

5. Investiga las rutas metabólicas que realiza Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae es un microorganismo que puede llevar a cabo un metabolismo respiratorio o fermentativo de acuerdo a la concentración de oxígeno. En condiciones aerobias aumenta la biomasa y produce poco alcohol, pero en anaerobiosis el crecimiento celular es lento y la producción de etanol es alta.

6. Explica con detalle la glucólisis. Incluye fórmulas y enzimas que participan.

La glucólisis (o glicólisis) es una vía catabólica a través de la cual tanto células de los animales como vegetales, hongos y bacterias oxidan diferentes moléculas de glúcidos y obtienen energía.

7. ¿Cuáles son los posibles destinos metabólicos del piruvato?

8. ¿Qué regulación presenta la glucolisis?

Probablemente el mecanismo de control más efectivo para el funcionamiento de la glucolisis es el ejercido por el ADP. La fosforilación oxidativa requiere de ADP para poder funcionar y éste es el que controla la velocidad respiratoria. En la glucolisis el control por ADP es más evidente, dado que esta sustancia participa en dos de las reacciones como sustrato. El papel regulador del ADP se refiere más bien al hecho de que cuando mayor se la cantidad de éste, mayor será la velocidad de la glucolisis, y viceversa.

9. ¿La tasa de fermentación se afecta con la temperatura?

La temperatura al igual que el pH tiene un rol fundamental en la selección de las especies de levadura que llevaran a cabo la fermentación alcohólica, así como también del comportamiento de las poblaciones de cada una de las especies involucradas. En el contexto general, las levaduras presentan desarrollos poblacionales exitosos en el rango de temperaturas que varia entre los 10 y 32°C. Sin embargo dependiendo del rango donde se lleve a cabo la fermentación existirá predominancia de una u otra especie.

10. ¿Qué efecto provoca el NaF sobre la glucolisis? ¿Afecta a alguna enzima en especial? ¿Cuál y Cómo?

El fluoruro de sodio en disolución acuosa y en el interior de la célula es capaz de formar un complejo con el catión magnesio y el anión fosfato inhibiendo la enzima enolasa, responsable de la reacción de formación de 2-fosfoenolpiruvato a partir de 2-fosfoglicerato (desprendiéndose una molécula de agua). En presencia de elevadas concentraciones del inhibidor fluoruro, éste compite activamente con el sustrato propio de la enzima por el centro activo, reduciéndose la producción de piruvato y restringiéndose el proceso catabólico de respiración/fermentación.

Bibliografía

Respiración celular

http://javeriana.edu.co/biblos/tesis/ciencias/tesis285.pdf

bioquímica. 2004 editorial Limusa. Antonio Peña

glucolisis

http://www.fagro.edu.uy/~bioquimica/docencia/material%20nivelacion/GLUCOLISIS.pdf

Revista Eureka sobre enseñanza y divulgación de las ciencias 10(1), 133-138, 2013 … Estudio de la

inhibición de la respiración/fermentación en células de levadura por fluoruro de sodio … José Pedro López Pérez, Raquel Boronat Gil

http://reuredc.uca.es/index.php/tavira/article/viewFile/330/pdf_117