- Biologia 3u3z5e

COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA

BIO: Vida - LOGOS: Estudio Definición.- Ciencia que estudia a los seres vivos su origen, estructura, función, evolución, desarrollo y sus relaciones con otros seres vivos y con el medio ambiente. Lamarck (1801): considerado como “padre de la Biología”. (Treviranus 1802). Ciencia de la vida. Vida.- El concepto de lo que es vida es algo abstracto sin embargo algunos científicos dieron conceptos acerca de ello: Lamarck “Conjunto de movimientos orgánicos”, Pichat “La vida es el conjunto de fenómenos que se opone a la muerte”, Spencer “La vida es la continúa adaptación entre las condiciones externas e internas, es decir entre el organismo vivo y el medio ambiente”. Polavo 1964 “La vida es la consecuencia de una organización compleja basada en ingredientes minerales”. SISTEMA VIVIENTE - FORMA VIVIVENTE – SER VIVO “Sistema altamente complejo, organizado, autocontrolado con estructuras físicas y químicas determinadas capaces de utilizar la materia y energía de su medio ambiente para crecer, reproducirse, relacionarse y sentir”. Energía (E°).- Se define como la capacidad de un sistema físico para ejecutar un trabajo. Fuerza vital de los seres vivos. El flujo continuo en el tiempo y en el espacio a través de los seres vivos es la vida. La E° sufre transformaciones en los seres vivos. Los seres vivos utilizan la energía de diferente manera en relación con su metabolismo. La materia viva puede captar y almacenar E° potencial, del mismo modo la E° de sustancias químicas pueden extraerse o utilizarse y liberarse en forma de E° cinética. Componentes que habitan el ambiente natural.- Son dos: 1) Los animados o seres vivos (dos grandes grupos animales y vegetales) www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella llamados también bióticos, orgánicos o vivientes, manifiestan vida, implica animación o actividad, estos cumplen un ciclo vital se forman, nacen, crecen, se reproducen y mueren. Metabólicamente: vegetales = autótrofos, animales = heterótrofos. 2) Los elementos inanimados. CARACTERISTICAS DE LOS SERES VIVOS A. Organización Específica o Niveles de Organización.- Los seres vivos tienen un alto grado de organización y complejidad, relacionada con su heterogeneidad estructural y funcional. La vida se estructura en niveles jerárquicos de organización, donde cada nivel proviene de otro previo y luego este se constituye como la base de otro superior, así se inicia en el nivel sub-atómico, pasando a los átomos que se agrupan para formar las moléculas, a su vez al organizarse y asociarse dan lugar a la célula (nivel celular o citológico). El conjunto de células conforman los tejidos (nivel tisular o histológico) y los órganos, estos dan lugar a los aparatos y sistemas (nivel sistémico). El conjunto de todos ellos realizan trabajos de manera integrada constituyendo al ser viviente o individuo. B. Metabolismo.- Son todas aquellas reacciones químicas y cambios energéticos que se producen en el interior de la célula con el fin de permitir su crecimiento, conservación desarrollo y reproducción. El metabolismo implica formación y ruptura de enlaces químicos, dichos enlaces químicos constituyen E° potencial que proveen E° a los átomos y moléculas. Los procesos metabólicos son dos: Anabolismo.- (Reacciones Endergónicas). Implican procesos de Biosíntesis con formación de enlaces químicos, donde se aprovechan o asimilan sustancias químicas, es decir se produce la nutrición de la célula aprovechando los nutrientes que ingresen en el protoplasma. Se producen sustancias complejas a partir de sustancias simples, lo que se explica como energía de almacenamiento, producción de nuevos materiales celulares y crecimiento; p.e. Síntesis de Glucosa a partir de Luz, CO 2 H2O y minerales. Catabolismo.- (Reacciones Exergónicas). Proceso Degradativo, de desasimilación, con ruptura de enlaces químicos, es decir significa el desdoblamiento de moléculas complejas en simples con liberación de energía; p.e. Degradación de Glucosa para la producción de ATP y liberación de CO2 y H2O (glucólisis). * Excreción.- Significa la expulsión de productos de desecho que resulta de los procesos metabólicos dentro de la célula como son el agua, CO2, amoniaco, urea, etc. Este fenómeno es diferente en cada organismo p.e. en los unicelulares directamente por difusión, en pluricelulares a 10

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA través de órganos especializados como nefridios riñones, etc. C. Movimiento.- Se define como la “capacidad de desplazarse de un lugar a otro”. Así esta característica es fácilmente observable en muchos organismos principalmente animales, pero esta afirmación muestra algunas observaciones especiales; Las esponjas son organismos sedentarios, pero el tipo de movimiento que efectúan es muy poco apreciable, esta función lo realizan los cilios de la membrana interna, los que remueven el medio haciendo circular agua y con ella los alimentos. En el caso de las plantas también se produce movimientos algunos producidos por fenómenos giroscópicos (turgencia y cohesión) y gracias a la acción de estímulos como la luz en el girasol. D. Crecimiento.- Es la “capacidad de aumentar de tamaño durante su vida” o “Aumento de masa celular, puede producirse por el tamaño de las células (unicelulares) o su cantidad (pluricelular)”.Durante el crecimiento = Biosíntesis  Degradación. Existen dos tipos: Crecimiento Cerrado o Limitado.- Propio de los organismos animales, este es solo hasta alcanzar el tamaño o dimensión característica de la especie. Crecimiento Abierto o Continuo.- Típico de los organismos vegetales. E. Irritabilidad o Excitabilidad.- Es la “capacidad de responder o reaccionar frente a un estimulo”. Estimulo.- Es cualquier agente externo o cambio físico-químico capaz de provocar una respuesta o cambio en el comportamiento de un organismo. El poder de respuesta tiene importancia para el ser, por que le permite dirigirse hacia las fuentes de alimento, evita que le causen daño, etc. Es decir es muy importante en la supervivencia y adaptación de los organismos. Para que las respuestas sean efectivas frente a los estímulos, estas deben ser coordinadas. En los animales esta es una característica evidente y muy especializada a diferencia de las plantas. En los animales el sistema nervioso y un sistema de sustancia químicas reguladoras (sistema glandular) coordinan las acciones, en las plantas este ultimo es el mas desarrollado y mas importante. Las repuestas pueden ser de los siguientes tipos: a. Tactismos. Propios de organismos unicelulares (protozoos, bacterias, etc) aunque también se presentan en invertebrados (por ser primitivos). Movimientos en dirección (+) o en contra (-) de un estimulo. p.e. Fototactismo, termotactismo, tigmotactismo. b. Tropismos. Propios de las plantas. Crecimiento de una parte u órgano de la planta frente a un estimulo, a favor (+) o en contra (-) de el. p.e. Fototropismo, termotropismo, www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella tigmotropismo, hidrotropismo, geotropismo, etc. c. Nastias. Evidente en las plantas. Movimientos de curvatura que se realizan independientemente de la dirección del estimulo, debido fundamentalmente a la naturaleza de su estructura anatómica del órgano vegetal. p.e. Nictinastia, quimionastia, tigmonastia o sismonastia, etc. F. Reproducción.- Propiedad principal de los seres vivos y es un “proceso biológico que conduce a la perpetuación de la especie y la continuidad de la vida”. Proceso que se da como consecuencia del metabolismo. La reproducción tanto en animales y plantas puede ser: a. Reproducción Asexual.- Característico de organismos inferiores, la mas común es la fisión binaria, donde se produce a partir de una célula madre, dos células hijas idénticas a su progenitora. (Mitosis). b. Reproducción Sexual.- Propio de los organismos mas evolucionados, participan dos progenitores: un masculino y un femenino, los que producen células especializadas llamados gametos (Espermatozoide y óvulo), los cuales se unen por medio de la fecundación, para originar la nueva célula llamada huevo o cigoto. (Meiosis). G.- Desarrollo y Diferenciación.- El desarrollo implica = crecimiento + diferenciación. Desarrollo, son todos los cambios estructurales y bioquímicos perfectamente organizados que ocurren desde la formación del cigoto hasta el adulto. Este fenómeno esta regido y controlado por el ADN, el cual determina según las instrucciones hereditarias, si un cigoto se transforma en rana, ballena, o un hombre. Diferenciación o especialización, proceso regido por los genes donde a partir de un grupo inicial de células (germinales o embrionarias) se originan varios tipos de células cada uno con estructura y función especial o única. (Maduración, alto grado de especialización). H. Adaptación.- Es la “habilidad que tienen los seres vivos para sobrevivir bajo las condiciones que su medio ambiente les ofrece”. Esta habilidad es representada por un cambio o transformación estructural o funcional inmediato o paulatino que es el producto de la sensibilidad celular que le va ha permitir aprovechar los recursos que su medio ambiente le ofrece y de este modo aumentar sus posibilidades de permanencia. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS La materia viva desde la más primitiva a la más evolucionada y el componente abiótico muestran uniformidad en los niveles de organización atómica y molecular, ya que los elementos y las moléculas que los constituyen son prácticamente los mismos. 12 www.antorai.com.pe

COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA  La uniformidad en la composición química representa una manifestación del proceso evolutivo que marca un origen común entre los seres vivos.  La evolución biológica debió ir precedida de una evolución química; las primeras formas de vida surgen mediante un proceso evolutivo, a partir de sustancias inanimadas.  Los elementos químicos de la materia viva se encuentran en el medio ambiente.  Los componentes en mayor proporción d en los seres vivos son: C, H, N, O ya que forman parte de moléculas orgánicas como los glúcidos, lípidos y proteínas.  En la hidrosfera, el H y O constituyen el 99%.  En la litosfera es típico la concentración de elementos como Ca, Na, K, Si, Mg, Al, Fe, etc.  En la atmósfera, que es la capa gaseosa inmediata a la tierra y en la que viven los seres vivos, el O se halla en 21%,N en 78,3 %, C en 0.03 %, y prácticamente no existe H.  Durante el proceso de la evolución química, debieron ensayarse la utilización de diferentes elementos para la construcción de la materia viva y prevalecieron los que desde el punto de vista químico, aportaban mayores ventajas.  Así, el C, elemento central de las moléculas biológicas.  El H y O que acompañan al carbono en todas las moléculas además de formar el H2O.

BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGENÉSICOS Son los elementos químicos que se hallan en la materia viva se denominan así ya que son exclusivos de los seres vivos. Aproximadamente son 40. Bertrand los clasifica en: 1. Elementos plásticos o fundamentales o macronutrientes.- Son elementos mayoritarios que se hallan en la materia viva, que intervienen en la conformación de moléculas metabólicas, energéticas y estructurales. 2. Oligoelementos o vestigiales o micronutrientes.- Se llaman así por su bajísima concentración y por ejercer de manera general función catalítica. www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella Distribución de los elementos en los seres vivos. Macronutrientes:

C H N Ca P

O 65 % 18 % 10 % 3% 2% 1% 99 %

% %

99 99 0,9 0,9

% % 99.9 99.9 % % 0,9 %

K, S, Cl, Na, Mg

Micronutrientes: Fe, Mn, Cu, I, Co, Zn, B, Mo, F, Si, Ni, Ba, Li 0.1 % PRINCIPIOS BIOLOGICOS INMEDIATOS DE LOS SERES VIVOS De las combinaciones y mezclas en cantidades determinadas de los bioelementos resultan la Biomoléculas inorgánicas y orgánicas, que forman parte de la estructura de células y tejidos. Estos compuestos se clasifican en dos grupos: I. Principios Inmediatos Inorgánicos.- Como el H2O, sales, amoniaco, O, H, N. II. Principios Inmediatos Orgánicos.- Como glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, que constituyen la clave de nuestro conocimiento acerca del metabolismo, crecimiento, reproducción; así como otros compuestos como enzimas, vitaminas, hormonas que integran la estructura y actividad del protoplasma.

I. PRINCIPIOS INMEDIATOS INORGANICOS

AGUA AGUA Es el componente dominante en la materia viva y en todo ser vivo representa la fracción que representa un mayor porcentaje, de manera que el concepto de vida va asociada ella, ya que todas las reacciones biológicas se realizan en un medio acuoso. Químicamente llamada protóxido de hidrogeno, la molécula de agua 14

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA esta constituida por dos átomos de H y uno de O, unidos mediante enlaces covalentes. La distribución asimétrica de los e - en la molécula de agua, convierte a esta en una molécula angular, triatómica y bipolar. La estructura polar del agua le proporciona una capacidad altamente ionizante o disociante; la mayoría de los compuestos formados por enlaces iónicos se ionizan en mayor o en menor grado al disolverse en agua, tales compuestos se llaman electrolitos, p. e. NaCl

H2O

Na+ + Cl-

Su peso molecular es de 18.016 uma. Dentro de sus características organolépticas es un compuesto incoloro, insípido e inodoro. Su densidad depende del estado de la materia en el que se encuentre alcanzando al estado liquido el máximo valor (1.00 g/ml a 4 Cº). Su capacidad calorífica es de 1cal/g Cº y forma un sistema cristalino hexagonal. El agua es un electrolito débil, que difícilmente puede conducir corriente eléctrica. También es considerada como una molécula anfótera ya que puede tener un comportamiento ácido y básico, por eso puede reaccionar con ella misma en condiciones físicas especiales. Enlaces de Hidrógeno.- Cuando se acercan dos moléculas de agua, se producen interacciones electrostáticas entre sus extremos positivos y negativos, dando lugar a enlaces de H. Las moléculas de agua no solo forman enlaces de H unas con otras, sino también con otras moléculas bipolares como las proteínas, etc. Comparados con los enlaces covalentes, los enlaces de H son bastante débiles, pero en gran numero confieren estabilidad a estructuras tridimensionales de macromoléculas biológicamente importantes, como proteínas y ácidos nucleicos. Finalmente los puentes de hidrógeno son geométricamente muy precisos. Contenido de Agua En los animales terrestres, el contenido de agua oscila entre el 60 – 70%, algunos organismos marinos contienen hasta 99% (medusas), una bacteria 5 % y un paramecio 75%. En relación al humano, una persona joven adulto tiene aproximadamente 60% de agua, de los cuales 40% es agua intracelular y 20 % extracelular. Además el contenido de agua depende de la edad, sexo, clima, etc p.e. en el caso de los embriones humanos tienen de 90 – 95 % de agua, un niño de 1 año 65 – 75 %, un varón adulto 60 % y una mujer adulta 50%. En nuestro organismo el contenido de agua diferente, según los fluidos www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella corporales, tejidos y órganos, así tenemos: La saliva = 99.5% de agua, la sangre = 79%, en los músculos = 75%, tejido óseo = 22%, en el riñón =80 - 85%, en los dientes = 1%. De acuerdo a esta distribución se puede decir que el contenido de agua es directamente proporcional con la actividad fisiológica. En las células el agua se encuentra bajo dos formas: a) Agua Libre.- Representa el 95% del agua total y se utiliza como solvente metabólico. b) Agua Ligada.- Representa del 4 a 5 % y es la que se halla unida a la proteína mediante enlaces de hidrogeno. Además el agua de Inhibición, es la que acompaña a todo material biológico, unido lábilmente y que se separa por desecación a 100º C. Ingestión y Excreción de Agua En el adulto el equilibrio metabólico la ingestión de agua debe estar en balance con la excreción de la misma. Por día en un hombre normal, en condiciones de trabajo moderado es la siguiente: Ingestión: Líquidos 950 ml Alimentos 800 ml de oxidación 250 ml

Propiedades 2000 mldel Agua

Excreción: Respiración 850 ml Orina 1050 ml Heces 100 ml 2000 ml

1. Poder Solvente.- “Solvente Universal”. Es el mejor disolvente de la mayoría de los principios inmediatos (Biomoléculas). Puede formar soluciones verdaderas, soluciones coloidales siendo estas responsables del estado físico de la materia viva y de sus propiedades características. 2. Calor de Vaporización.- Elevada Capacidad Calorífica, es decir a la temperatura corporal normal de 37 OC, se necesita 574 calorías para que un gramo de agua se evapore. Esta gran cantidad de calor necesaria para que el agua se transforme en vapor, hace que sea de utilidad para controlar la temperatura corporal mediante la evaporación y la transpiración. Se puede mencionar también que Capacidad térmica que es la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor mientras que su temperatura no cambia significativamente, de acuerdo a esto el agua protege a los seres vivos de cambios bruscos e temperatura. Si consideramos la alta Conductividad Calorífica, es la capacidad que tiene el agua de distribuir de manera uniforme el calor en el cuerpo. 3. Acción Lubricante.- El agua sirve como lubricante en muchas regiones 16

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA del cuerpo e impide la fricción de superficies que están sometidas a un roce continuo durante su actividad p. e. en la pleura, peritoneo, en las articulaciones, donde los huesos, ligamentos, etc. 4. Acción Catalítica.- El agua participa como medio optimo de reacción para la realización de las reacciones químicas biológicas (reacciones enzimáticas). 5. Hidrólisis.- Significa descomposición bajo influencia el agua p. e. en el proceso digestivo se realizan reacciones hidroliticas para descomponer las moléculas grandes de los alimentos en moléculas mas pequeñas. Ionización i Disociación del Agua H 2O

H+ + OH

–

Los átomos constituyentes de la molécula de agua están unidos por enlaces covalentes; la molécula presenta una ligera tendencia disociante y formar iones. El núcleo de H ocasionalmente adquiere suficiente energía para disociarse del oxigeno, con el cual estaba covalentemente unido. El agua libera en igual cantidad los iones H + y los iones OH –, cuyas concentraciones moleculares son: H+ = [10–7] En un litro de H 2O pura a 25 OC. –7 OH = [10 ] pH.- Es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrogeno. pH = – log [H+] Para el agua pura: pH = –log [10–7] pH = – [ – 7] pH = 7 del agua pura En si, el pH es el exponente de la concentración iónica de H cambiado de signo. Escala del pH 0

Neutro Ácidos

Alcalinos

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7 7 indica neutralidad (agua destilada) por que libera igual cantidad de iones H e iones OH. Los valores inferiores a 7 indican acidez 17 www.antorai.com.pe

ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella Los valores superiores a 7 indican alcalinidad. P. e. en el estomago la pepsina puede actuar solo en pH = 1. Sistemas Buffer Llamados también amortiguadores o tampones, están compuestas por una solución de un ácido débil y una sal del mismo ácido p. e. ácido acético y acetato sódico. Los sistemas buffer impiden las bruscas variaciones de pH. Los seres vivos disponen de sistemas Buffers que aseguran pequeñas variaciones de pH, p.e. macromoléculas biológicas como las proteína, ácidos nucleicos, dependen del pH, así las enzimas, que son que son de naturaleza proteica son biocatalizadores de reacciones químicas que tienen lugar en la célula, cuya acción catalítica depende del pH. Cada tipo celular mantiene el pH adecuado al cual realiza sus funciones p.e. en el hombre la sangre debe mantenerse, en un pH alrededor de 7,4; el pH de las células hepáticas es cercano a 6,5. Entre los principales sistemas amortiguadores de pH de los organismos vivos tenemos: 1. El sistema bicarbonato.- Es el principal amortiguador extracelular. 2. El sistema fosfato.- Es el tampón intracelular mas importante. 3. Proteínas.- Actúan como tampones debido a la presencia de grupos ionizables en los aminoácidos que forman la molécula.

CO CO22 El dióxido de carbono también llamado como anhídrido carbónico, carbono anhídrido o gas ácido carbónico, es un gas incoloro insípido con una densidad de 1.5 veces la del aire, poco reactivo, no corrosivo, ni conductor eléctrico, cuya principal reserva es la atmósfera (troposfera) de donde por medio de la fotosíntesis incorpora el C a la materia viva. La concentración de CO 2 en la atmósfera en los últimos 200 años se ha incrementado en 80 ppm a partir de 350 ppm, ello se constituye como un fenómeno determinante en el cambio climático global. Los factores que contribuyen en el aumento de su concentración entre otros son, el uso de combustibles fósiles, la deforestación (quema), y la actividad humana industrial. El CO2 por sus propiedades físicas es usado industrialmente p. e. el la industria de la refrigeración, ya que por su baja temperatura condensa el vapor del agua, así en su estado sólido el CO 2 toma el nombre de nieve carbónica o hielo seco cuya temperatura es de – 79º C y gracias a su capacidad de penetración es considerado como un buen refrigerante. También es utilizado en la fábrica de bebidas gaseosas como componente efervescente. En relación al aspecto fisiológico que desempeña dentro del organismo humano, el CO2 se origina internamente como producto final de los procesos metabólicos de oxidación de moléculas combustibles. La sangre 18

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA lleva aproximadamente 4.3 ml/lt en condiciones normales, por encima de un aumento del 10% ocasiona narcosis, caracterizada por presentarse un cuadro de estupor e inconciencia denominada como sueño artificial. Esto podría explicarse si se toma en cuenta que el CO 2 reacciona reversiblemente con el agua formando el ácido carbónico (CO 2 + H2O = H2CO3), que no es otra cosa que la acidosis, que puede ser metabólica o respiratoria.

Sales Sales e e Iones Iones Químicamente son el resultado de las reacciones de neutralización entre ácidos y bases. Las sales originan a los electrolitos cuando se disuelven en el liquido corporal, se disocian en cationes (Na +, K+), y en aniones (Cl-, HPO4=, SO4=). Los electrolitos cumplen las siguientes funciones:  Son estructurales, las sales no ionizables forman esqueletos de fosfato, carbonato, calcio, magnesio.  Contribuyen a mantener el balance ácido-básico, requerido para las actividades celulares normales.  Intervienen en los procesos metabólicos de la respiración celular.  Controlan la osmosis del agua en los compartimientos corporales. Cuando existe retención de iones en la célula, se produce un aumento en la presión osmótica y por consiguiente la entrada de agua.  En el interior de la célula existe una concentración alta de iones K + y Mg++, en cambio en el liquido extracelular se concentran los iones Na + y Cl-. Iones Biológicamente Importantes Calcio.- Catión más abundante. Que se halla formando huesos y dientes. Interviene en la coagulación sanguínea, contracción y excitabilidad muscular, transmisión de impulsos nerviosos, activación de enzimas, permeabilidad celular y glucogenolisis. El 99% se halla en huesos, el resto en el plasma y músculos. En los huesos el ión Ca esta unido a los iones fosfato y carbonato. El nivel calcico en la sangre es controlado por las hormonas Calcitonina y Paratohormona. Fósforo.- Anión mas abundante. Interviene en la formación de huesos y dientes, forma parte del sistema Buffer- Fosfato, como radical fosfato es constituyente de ácidos nucleicos, proteínas, fosfolipidos, fosfoproteinas o formando parte de enzimas, coenzimas como el ADP, ATP. Potasio – Sodio – Cloruro.- Iones que intervienen en el equilibrio de www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella agua, electrolitos ácidos básicos; el K es el catión fundamental en el liquido intracelular, interviene en la transmisión de impulsos nerviosos y en la contracción muscular; El Na es el catión principal del liquido extracelular participa en la absorción de glucosa y forma parte del sistema Buffer – Bicarbonato; El Na y K están controlados por la hormona Aldosterona; El Cloruro es el anión principal del liquido extracelular; Los iones Na y Cl son importantes en los líquidos digestivos, en la bilis, jugo pancreático en forma de bicarbonato de Na y en el jugo gástrico como HCl. Magnesio.- Como activador de enzimas. Su elevada concentración inhibe la contracción muscular. Hierro.- En su forma no ionizada es constituyente de los complejos hierroporfirinas llamados Hemos; Hemoglobina, mioglobina, citocromos. El hierro se almacena en el hígado, en el bazo, en mayor cantidad en la medula ósea en forma de una proteína llamada ferritina o hemosiderina. Yodo.- Es constituyente de la Tiroxina, es principio activo de la glándula tiroides que posee una notable capacidad de captación y almacenamiento del yodo, los alimentos marinos son fuente abundante de yodo. Por déficit de yodo se produce el Bocio. Cu, Mo.- Conforman complejos enzimáticos como; citocromooxidasas, xantoxidasas. Mn .- Componente de complejos enzimáticos como; hidrolasas y transferasas, además participa en la síntesis de glucoproteinas y proteoglucanos. Co.- Componente de la vitamina B12. (Eritropoyetina). Fluor.- Como fluoruroapatita, es considerado esencial, por brindar resistencia a los dientes y el desarrollo de un esqueleto óseo normal. Zn.- Actúa en la síntesis y estabilización de proteínas, síntesis de ácidos nucleicos, trascripción de genes, crecimiento fetal y embrionario y también en la espermatogénesis. II. PRINCIPIOS INMEDIATOS ORGANICOS

CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  Llamados también glúcidos, hidratos de carbono, glucósidos o azucares.  En su composición intervienen los átomos CHO es decir son compuestos ternarios.  Químicamente son derivados aldehídicos o cetónicos de alcoholes polihidroxilicos (polidridroxialdehidos y polihidroxicetonas). Compuestos 20

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA polihidroxilicos por que cada átomo de carbono lleva el grupo hidroxilo a excepción de aquel que transporta el grupo funcional aldehído o cetona. El grupo aldehído se encuentra en el carbono final y proviene de la oxidación de alcoholes primarios, p.e: Gliceraldehido. CH2 OH – CHOH – C = O H El grupo cetona se encuentran en el segundo átomo de carbono y provienen de la oxidación de alcoholes secundarios, p.e: Dihidroxiacetona. CH2 OH – C – CH2OH O  Fórmula Empírica de los carbohidratos: C n(H2O)n o (CH2O)n. Nos indica la relación de una molécula de agua por un átomo de carbono.  Son compuestos extremadamente polares que se unen entre si para formar polímeros.  Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes en la biosfera constituyéndose como la fuente principal de energía para todos los seres vivos sean unicelulares o pluricelulares aeróbicos o anaeróbicos, procariontes o eucariontes.  Son productos de la fotosíntesis, para ello la planta toma el CO 2, H2O y minerales y por medio de la clorofila capta la energía solar para convertirla en energía química contenida en el carbohidrato sintetizado. 6CO2 + 12H2O

Fotosintesis

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

FUNCIONES  Constituyen la fuente principal de energía para la vida de los organismos (Glucosa).p.e. 1 gr de CH rinde 4.1 Kcal. Aproximadamente el 55% de las calorías requeridas por día deberían provenir de los carbohidratos con un ingesta mínima diaria de 100gr.  Almacenan energía en el organismo p.e. almidón y glucógeno.  Componentes estructurales p.e. en la pared celular de las células vegetales la celulosa.  Participan regulando el metabolismo de los ácidos grasos p.e. si no se consumen glúcidos, los lípidos se metabolizan anormalmente y se forman cuerpos cetónicos que ocasiona la cetosis, que se representa por el aumento de acetona en el organismo lo que agrava la diabetes. También influyen en la actividad metabólica de las proteínas. CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS www.antorai.com.pe

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* Los azucares se clasifican según el número de unidades que se combinan en una molécula en 3 grupos: 1. Monosacáridos: (1 molécula): Azúcares simples; glucosa, fructosa, galactosa, etc. 2. Oligosacáridos: (2 – 9 monosacáridos): Disacáridos, trisacáridos, etc. 3. Polisacáridos: (más de 10 monosacáridos): Almidón, glicógeno, celulosa. 1. MONOSACÁRIDOS Son azúcares o moléculas simples que están constituidos sólo por unidades o monómeros de carbono (3 – 8 átomos de C) (osas). Químicamente son cadenas polihidroxilicas simples, de consistencia sólida, cristalizables y solubles en agua. Son azucares de fácil absorción por lo que generan rápida y directamente energía. Existen dos criterios para su división: A) Por el grupo funcional. a) Aldosas.-Con el grupo funcional aldehído p. e. Gliceraldehido (aldotriosa), Eritrosa (aldotetrosa), Ribosa (aldopentosa), Galactosa (aldohexosa), Glucosa (aldohexosa). b) Cetosas.- Con el grupo funcional cetona p. e. Dihidroxiacetona (cetotriosa), Eritrulosa (aldotetrosa), Ribulosa (cetopentosa), Fructosa (cetohexosa). B) Por el numero de átomos de carbono. a) Triosas.- Azúcares de 3 átomos de carbono (C3H6O3): Gliceraldehído y dihidroxiacetona. Intervienen en el metabolismo de los carbohidratos como productos intermedios p. e. son el resultado de la glucólisis. b) Tetrosas.- Azúcares de 4 átomos de carbono (C 4H8O4): Eritrosa y eritrulosa. c) Pentosas.- Azúcares de 5 átomos de carbono (C5H10O5). Entre las más importantes tenemos a la ribosa y la desoxirribosa, ambas componentes de los ácidos nucléicos. Ribosa.- Componente estructural del ácido ribonucléico (ARN): C5H10O5. También presente en el ATP, NAD, NADP, flavoproteinas, vitaminas B2 y B3. Desoxirribosa.- Componente estructural del ácido desoxirribonucléico (ADN): C5H10O4 O

HOH2C H

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H

H

OH

OH

OH

HOH2C

H

H

O

OH

H

H

OH

H

H

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA Ribosa

Desoxirribosa

Las estructuras de la Ribosa y Desoxirribosa difieren en que el 2do átomo de carbono de la última. Arabinosa.- Constituyente de glucoproteinas. Se encuentra en la goma de las plantas (goma arábiga, goma de ciruela, de cerezo, etc.), en mucílagos y pectinas. Ribulosa.- Importante durante la fotosíntesis de las planta, participa en la fijación del CO2 durante la fase oscura. Xilosa.- Componente de la madera (hemicelulosa= xilosa + - glucosa). Forma proteoglucanos y glucoaminoglucanos. Xilulosa.- Presente en la orina como producto de la vía del ácido urinico. Lixosa.- Presente en el músculo cardiaco. Constituyente de la lixoflavina. D. Hexosas.- Azúcares simples de 6 carbonos (C 6H12O6), tienen mucha importancia desde el punto de vista biológico. Ej.: glucosa, fructosa, galactosa, etc. Glucosa.- Llamada también “azúcar de la uva” o Dextrosa. Importante para la célula en la respiración celular y producción de energía vital bajo la forma de ATP. - Respiración anaeróbica. 1 molécula de glucosa - Respiración aeróbica. 1 molécula de glucosa

2 moléculas de ATP 36 moléculas de ATP

Producto directo de la fotosíntesis. Bioquímicamente es una aldohexosa con anillo piranosico, que es la unidad monomerica de gran parte de polisacáridos como el almidón, el glucógeno y la celulosa. Presente a nivel intra y extracelular (citoplasma y plasma sanguíneo).En la sangre se encuentra en una cantidad de 1 mg/ml. Su concentración es regulada por la actividad de la Insulina, el aumento de glucosa en la sangre es por deficiencia de esta hormona, cuya afección se denomina “Diabetes”. Si la concentración es baja se produce entonces la “Hipoglicemia” donde participan el glucagon y la adrenalina. CH2OH H

H OH

OH www.antorai.com.pe H

O H OH

H OH

-DGlucopiranosa 23

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Fructosa.- Llamada también Levulosa o “azúcar de la fruta” . Presente en los frutos, en la miel, se halla libre o formando parte de la Sacarosa, en los animales presente en el hígado e intestino. También es fuente energética. Bioquímicamente representa una cetohexosa con anillo furanosico. Al llegar al hígado se transforma en glucosa. Galactosa.- Se encuentra formando parte de la lactosa, en el tejido nervioso se combina con los lípidos formando los cerebrósidos. Sintetizado por las glándulas mamarias. En el hígado también se transforma en glucosa. Manosa.- Constituyente de glucoproteinas en animales, siempre se encuentra en forma combinada, obtenida por hidrólisis. 2. OLIGOSACÁRIDOS Son moléculas que están constituidas por 2 o más monosacáridos (menos de 10). A) Disacáridos.- Formados por la condensación de 2 monómeros o monosacáridos unidos por medio de un enlace covalente, el enlace “glucosídico” que se establece entre el grupo aldehído y el grupo hidroxilico alcohólico, donde durante su formación hay pérdida de H 2O. Su fórmula es: C12H22O11. Por hidrólisis, se descomponen en 2 azucares simples. Solubles en agua, cristalizables. El poder reductor del disacárido depende del grupo aldehído o cetona libre. Los más importantes son:

H

Maltosa CH2OH O

OHOH H

Glucosa CH2OH H

H

H OH

OHOH

OH

H

+ O

H

H OH OH + H2O

0

H 24

Celobiosa CH2OH O

OHOH H

OH

H H OH

Glucosa

Glucosa + Glucosa CH2OH O H OH www.antorai.com.pe H H OHOH H

OH

COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA

+ H2O

Lactosa.- Llamada también “azúcar de leche”. Es el disacárido que se encuentra en la leche de los mamíferos: en la leche de vaca = 4.8 %, en la leche humana = 6 %. Está formada por 2 monómeros, 1 de galactosa y otro de glucosa, en las fórmula estructural se ve que el enlace β (1 – 4) β se establece entre el carbono 1 de la galactosa y el carbono 4 de la glucosa. Lactosa Galactosa + Glucosa Sacarosa.- Llamada también “sucrosa” o “azúcar de la caña” (remolacha). Resulta de la polimerización de una glucosa y una fructosa con enlace  (1 - 2) β. Sacarosa

Glucosa

+

Fructosa

Trehalosa.- Presente en hongos, levaduras y hemolinfa de insectos. Resulta de la unión de dos glucosas con enlace  (1 – 1) . B) Trisacaridos. (C18H32O16) Rafinosa.- Presente en la remolacha. Formado por galactosa + glucosa + fructosa. Melicitosa.- Presente en las coníferas. Formado por glucosa + fructosa +glucosa. Maltotriosa.- Formada por la unión de tres glucosas. 3. POLISACARIDOS Llamados también glucanos o glicanos. Son polímeros de alto peso molecular, formados por un gran numero de monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Su formula es (C6H10O5)n. Por su alto peso molecular y por los tipos de enlace, los polisacáridos son insolubles en agua e insípidos, forman dispersiones coloidales, sin carácter reductor. Se pueden diferenciar: www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella Homopolisacaridos.- Cuando la unidad que se repite es un solo tipo de monosacárido. Heteropolisacarido.- En los que se repiten dos o más tipos de monosacáridos. Los polisacáridos de acuerdo a la función que realizan se pueden clasificar en: A) Polisacáridos de Reserva. Polisacáridos de almacenamiento (energéticos) que se depositan en forma de gránulos en el citoplasma de las células. Los más importantes son: a) Glucógeno.- Polímero con casi 30 000 residuos de glucosa en cadenas muy ramificadas. Propio de organismos animales. En la estructura lineal del glucógeno, los monómeros de glucosa se unen mediante enlaces glucosídicos (1–4) y en la estructura ramificada los enlaces glucosídicos son (1-6) con 12 a 14 residuos de glucosa. Se conocen dos tipos de gránulos de glucógeno; las partículas Alfa (), se hallan en las células hepáticas, las partículas Beta () se hallan en las células musculares, desde allí la glucosa resultante de la despolimerización del glucógeno es utilizada por las células como fuente de energía. b) Almidón.- Cadena -glucosídica, propia de células vegetales, polímero formado por monómeros de glucosa, en cadenas no ramificadas y ramificadas, constituido por aprox. 12 000 unidades o residuos de glucosa. El almidón esta constituido por dos polímeros: La Amilosa.- (15-20%). Es la cadena lineal con estructura helicoidal, que da la coloración azul, cuyos enlaces glucosídicos son (1–4). La Amilopectina.- (80-85%). Son cadenas ramificadas, con 24 a 30 residuos de glucosa con enlaces glucosídicos (1-6), que dan la coloración violeta. El Almidón Es el producto de la fotosíntesis y como tal se almacena el las semillas, raíces tubérculos, hojas, etc. En nuestro organismo el almidón se degrada hasta glucosa en presencia de agua y enzimas. La Hidrólisis del almidón se puede resumir en: ALMIDON

AMILASA

DEXTRINA

AMILASA (PANCREÁTICA)

MALTOSA

MALTASA

GLUCOSA

Otros polisacáridos de importancia. Inulina. Formada por unidades de fructosa, frecuente en tubérculos y plantas compuestas p. e. alcachofa, cebolla, dalia, diente de leon, etc. Fructanos.Se halla en las plantas constituido por fructosa. Dextranos. Se hallan en levaduras y bacterias, constituidos por glucosa. Monanos. Se halla en levaduras, bacterias hongos constituidos por 26

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA manosa. Xilanos. Formados por xilosa. B) Polisacáridos Estructurales. Tienen por función dar forma, elasticidad o rigidez a las células y tejidos vegetales y animales, además de brindar protección y soporte a organismos unicelulares y pluricelulares. a. Celulosa.- Formada por mas de 10 000 residuos de glucosa, formando una cadena lineal con enlaces glucosídicos  (1-4) , es un componente estructural de las paredes celulares de las plantas (sustancia esquelética de los vegetales), en ellas se encuentra en forma de microfibrillas, organizadas paralelamente una a continuación de otra que permite soportar presiones osmóticas altas y evitar la deformación. La celulosa en la alimentación humana no suministra carbohidratos aprovechables, solo añade volumen y restos no digeribles al contenido intestinal, pero en los rumiantes la celulosa es digerida por las enzimas producidas por bacterias simbiontes alojadas en su tubo digestivo. La celulosa presenta importancia industrial como materia prima para diferentes productos como el algodón, papel, celofán, seda artificial, etc. b. Lignina.- Lat.: Ligneus = Madera. Polímero de la cual depende la dureza e índole leñosa de los tallos y raíces. Forma parte de la madera. Permite al xilema actuar como soporte además de ser tejido de conducción. c. Quitina.- Gr. Chiton = Túnica. Polímero estructural que forma parte de exoesqueleto de insectos y crustáceos (artrópodos en general), aunque también presente en la pared celular de hongos y bacterias y tegumento de nematelmintos. De estructura cristalina resistente a disolventes enzimáticos y a la degradación bacteriana. Polisacárido que lleva unidades de acetil glucosamina. d. Agar.- Polímero de algas marinas (Rodófitas), contienen galactosa (D y L). C) Polisacáridos Complejos. Mucopolisacáridos.- Constan de cadenas de carbohidratos complejos caracterizadas por el contenido de aminoazúcares y ácidos urónicos. a. Mucopolisacáridos neutros. Peptidoglucano o Mureina.-Es constituyente estructural de la pared celular de las bacterias. Brinda protección osmótica evitando el ingreso de agua en el citosol bacteriano En las bacterias Gram () (estafilococcus, estreptococcus), además de peptidoglucano, contiene en su pared los ácidos teicoicos, y teicuronicos y las bacterias Gram () (salmonella y shigella) contienen diversos lipopolisacaridos. El www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella peptidoglucano es un heteropolisacarido que presenta cadenas paralela unidas por enlaces covalentes de cadenas peptídicas transversales. La unidad básica es el mucopeptido, disacárido conformado por la Nacetilglucosamina y el ácido N-acetilmuramico. b. Mucopolisacáridos ácidos.- Contienen en su molécula H 2SO4 y otros ácidos, y son de importancia biológica entre ellos: Ácido Hialurónico.- Se halla en el líquido sinovial, en el humor vítreo, donde ejerce acción lubricante. Heparina.- Con propiedades anticoagulantes, de la sangre, se halla en el hígado, bazo y pulmones. Inhibe la conversión de protrombina en trombina durante la coagulación. Sulfato de condroitina.- Se halla en tejido cartilaginoso. Sulfato de dermatano y queratano.- Se halla en la piel, y en epitelios. Glucoproteinas.- Formado por carbohidratos que en muchos casos es un oligosacárido unido a proteínas. Los más importantes son: a. En el plasma: Fibrinógeno.- Interviene en la coagulación sanguínea. Inmunoglobulina.- Participa en mecanismos de defensa. b. Hormonas: Gonadotropina carionica, FSH = Hormona folículo estimulante, TSH = Hormona estimulante de la tiroides. c. Enzimas.- Ribonucleasa y desoxirribonucleasa, producidas en el páncreas.

LÍPIDOS LÍPIDOS Son moléculas orgánicas constituidas por C, H, O (a veces P, N y S) que representan cadenas hidrocarbonadas con función ácida carboxilo (– COOH). Se caracterizan por ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como cloroformo, éter, benceno, alcohol. FUNCIONES 1. Presentan estrecha relación con el metabolismo energético, siendo importantes en la dieta alimenticia. Tienen un elevado contenido energético en relación con su peso y en comparación con otras moléculas, así por ejemplo: 28

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA lípidos proteínas carbohidratos

1g 1g 1g

9.3 kcal/g. 4.1 kcal/g. 4.1 kcal/g.

2. Son unidades estructurales de las membranas celulares. 3. Algunas hormonas y vitaminas son de naturaleza lipídica y realizan funciones específicas de regulación en el organismo. 4. Actúa como aislante térmico en tejidos subcutáneos y alrededor de ciertos órganos. 5. Lípidos no polares actúan como aislantes eléctricos (tejido nervioso con abundante grasa). CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS 1. LÍPIDOS SIMPLES Constituidos solo por C,H,O. Formados por la unión de un alcohol más ácidos grasos. Se dividen en: A) Acilglicéridos (glicéridos o grasas neutras). B) Ceras (céridos). A) Acilglicéridos:

Glicerol + Ácidos Grasos (Saturados o Insaturados)

Glicerol, glicerina o propanotriol, muestra la siguiente estructura: CH2 – OH CH – OH CH2 – OH Ácidos Grasos.- Son cadenas hidrocarbonadas, que en los sistemas biológicos contienen un número par de átomos de carbono. De acuerdo a la presencia o no de enlaces simples o dobles, se pueden clasificar en: a) Ácidos Grasos Saturados.- Presentan solo enlaces sencillos entre los carbonos. Dan poca permeabilidad a la membrana celular. Son de origen animal, p.e. manteca de cerdo, cebos de res, cordero, de gallina, etc. También pueden presentar mohos, bacterias y plantas superiores, tienen un punto de fusión alto, son sólidos. Entre las grasas saturadas más abundantes que se hallan en los seres vivos están:

COOH

Láurico. Mirístico.

Con 12 carbonos: CH3 – (CH2)10 – COOH: C11H23 – COOH Con 14 carbonos: CH 3 – (CH2)12 – COOH: C13H27 –

Palmítico. www.antorai.com.pe

Con 16 carbonos: CH 3 – (CH2)14 – COOH: C15H31 – 29

ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella COOH Esteárico. Con 18 carbonos: CH 3 – (CH2)16 – COOH: C17H35 – COOH Lignocérico. Con 24 carbonos: CH 3 – (CH2)22 – COOH: C23H47 – COOH b) Ácidos Grasos Insaturados.- Se caracterizan por presentar un doble enlace entre sus carbonos. Dan mayor permeabilidad a la membrana celular. Son de origen vegetal (p.e aceites vegetales). Tienen un punto de fusión bajo y son de consistencia fluida. Entre los de mayor abundancia en el organismo animal están: Palmitoleico.- Con 16 carbonos y un doble enlace entre el 7 y 8: CH3 – (CH2)5 – CH=CH – (CH2)7 - COOH Oléico.- Con 18 carbonos y un doble enlace entre el 9 y 10: CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – COOH Los ácidos con más de un doble enlace se llaman Poliinsaturados, y los de importancia fisiológica son: Linoléico.- Con 18 carbonos y dos dobles enlaces, entre el 6 y 7, 9 y 10: CH3 – (CH2)4 – CH = CH – CH2 – CH = CH – (CH2)7 – COOH Linolénico.- Con 18 carbonos y tres dobles enlaces, entre 3 y 4, 6 y 7, 9 y 10: CH3 – CH2 – CH = CH – CH 2 – CH = CH – CH 2 – CH = CH – (CH 2)7 – COOH Araquidónico.- Con 18 carbonos y 4 dobles enlaces. A los tres últimos ácidos se les llama ácidos grasos esenciales, debido a que en los organismos no se sintetizan pero se deben incluir en la dieta alimenticia.  Los acilglicéridos se forman por procesos de esterificación que sufre el glicerol al unirse a los ácidos grasos, estableciendo así el enlace éster, con pérdida de moléculas de agua. Dicho enlace, se forma por la pérdida de un OH del grupo carboxilo del ácido graso y un átomo de H del grupo OH del glicerol Formación de un triglicérido o triacilglicérido (TAG) CH2O H HO OC–(CH2)n–CH 3 –H2O CH O H 30

+ HO OC–(CH2)n–CH3

+H2O www.antorai.com.pe

COMPENDIO ACADÉMICO I CH2O H

BIOLOGÍA HO OC–(CH2)n–CH 3

Glicerol

Hidrólisis

Ácidos Grasos O CH2 – O – C – (CH2)n – CH3 O CH2 – O – C – (CH2)n – CH3

+ 3H2O

O CH2 – O – C – (CH2)n – CH3 Enlace Ester Los acilglicéridos a su vez se dividen de acuerdo al número de esterificaciones en: a) Monoglicéridos.- Glicerol + 1 Ácido graso b) Diglicéridos.- Glicerol + 2 Ácidos grasos c) Triglicéridos.- Glicerol + 3 Ácidos grasos. Llamados también como grasas neutras y dependiendo del tipo de ácidos grasos pueden ser: Grasas Simples u Homoglicéridos.- Ácidos grasos iguales p.e. Tripalmitina. Grasas Mixtas o Heteroglicéridos.- Ácidos grasos diferentes p. e. la grasa humana tiene 2 ácidos oleicos y 1 ácido esteárico. B) Ceras o Céridos: Están formados por un alcohol monovalente (monohidrico) de peso molecular elevado que se esterifica a un ácido graso superior. Función principal, protección. Pueden ser: a) De origen vegetal.- Las que se hallan recubriendo hojas, frutos, semillas. b) De origen animal.- La cera de abeja, la lanolina (se extrae de la grasa de la lana), el cerumen humano, el palmitato de colesterilo (en el plasma sanguíneo). 2. LÍPIDOS COMPLEJOS, COMPUESTOS o HETEROLIPIDOS: CHO+P,N www.antorai.com.pe

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Siempre los primeros, dejando huella

Son los componentes principales de las “membranas biológicas”, se subdividen en: A) Fosfolípidos:

Glicerol + Ácidos Grasos + Ácido Fosfórico (H3PO4) G + AG + AP

a. Fosfoglicéridos: Glicerol + Ácidos Grasos + Ácido Fosfórico +Alcohol aminado El alcohol aminado que contiene la base nitrogenada puede ser colina, etanolamina o serina (también inositol). Los ácidos que contienen los fosfoglicéridos presentan largas cadenas hidrocarbonadas que tienen carácter hidrofóbico y es la parte polar que también se conoce como “colas”; en cambio la parte hidrofílica que es el grupo polar, que también se llama cabeza contiene a ácido fosfórico que puede ionizarse positiva o negativamente. Por esta característica de doble naturaleza, a los lípidos se las cataloga como moléculas “anfipáticas”. Los fosfoglicéridos como componentes de las membranas biológicas sitúan la cabeza hidrofílica hacia el interior y exterior de a célula en relación con el ambiente acuoso; mientras que las colas hidrofílicas se dirigen hacia el interior de la membrana, formando una bicapa lipídica entre las que se hallan moléculas de proteína. La fluidez de la membrana depende de la naturaleza de los ácidos grasos, de los fosfoglicéridos, siendo más rígida cuando predominan los ácidos grasos saturados. Dentro de los fosfoglicéridos más importantes tenemos:  Lecitinas:

G + 2 AG + AP + Colina = Fosfatidilcolina

Que tienen alcohol animado a la colina, son constituyentes de las membranas celulares, además presentan como ácidos grasos al palmítico y oléico. Las lecitinas son consideradas como reserva corporal de colina que bajo la forma de acetil colina actúa en la transmisión de los impulsos nerviosos. Son los fosfolípidos más abundantes de la membrana celular y se ubica en mayor proporción en la lámina externa. El dipalmitoil lecitina, es un agente de superficie que evita la adherencia entre las superficies internas de los pulmones, su ausencia en lactantes produce afecciones respiratorias.  Cefalinas:

G + 2 AG + AP + Serina = Fosfatidilserina G + 2 AG + AP + Etanolamina = Fosfatidiletanolamina

Se hallan en el cerebro y distribuidos en mayor concentración en la lamina interna de la membrana celular. 32

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA

 Algunos venenos de serpientes actúan sobre los fosfoglicéridos

desprendiéndoles una molécula de ácido graso y las lecitinas y cefalinas se convierten en Lisolecitinas y Lisocefalinas que son compuestos con propiedades hemolíticas (destruyen los glóbulos rojos).  Cardiolipinas: 3G + 4AG + 2AP = Fosfatidilglicerol

Llamadas también como difosfatidilgliceroles, se hallan en las membranas de las mitocondrias, en el músculo cardiaco y en membranas de bacterias. b. Fosfoesfingolipidos (Esfingomielinas): Esfingosina + Ácidos Grasos + Ácido Fosfórico + Colina Son componentes de las membranas celulares. Se encuentran en grandes cantidades en el encéfalo y en el tejido nervioso. La combinación de la esfingosina con un ácido graso se llama ceramida y son comunes en el tejido nervioso, el pulmón, y el bazo. B) Glucolípidos:

Lípidos + Carbohidratos

Lípidos ampliamente distribuidos e todos los tejidos corporales en particular importantes en los tejidos nerviosos (encéfalo). Se presentan en la membrana celular sobre todo en la lámina externa cumpliendo funciones de comunicación y o intercelular en la cual contribuyen a los carbohidratos de la superficie de la célula. Se subdividen en: a. Glucoacilglicéridos: Glicerol + 2 AG + Carbohidratos (Glucosa o Galactosa) b. Esfingolípidos o Glucoesfingolípidos: Esfingosina

+

AG

+

Carbohidrato Ceramida + Carbohidrato Son los glucolípidos más importantes en los organismos animales, pueden ser:  Cerebrósidos.-

E + AG + CH

Si llevan galactosa toman el nombre de galactosilceramida y si tienen glucosa glucosilceramida. La galactosilceramida abunda en el cerebro, tejido nervioso, especialmente en la sustancia blanca con función estructural en la formación de las vainas medulares bajo la forma de, Cerebrona (ácido cerebronico), cerasina (ácido lignocérido) neurona (ácido www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella neurónico). En los tejidos extraneurales abunda la glucosilceramida.  Gangliósidos.- E + AG + CH + Ácido Siálico (1/+) Derivados de la glucosilceramida. El ácido neuramínico constituye el principal ácido siálico presente en los tejidos humanos. También en gran cantidad en los tejidos nerviosos, al parecer cumplen funciones receptoras (toxinas). El gangliósido más sencillo es el GM3 (con 1 NeuAc). Distribuidos en la sustancia gris del cerebro.  Sulfatidos.-

E + AG + CH + Ácido Sulfúrico (H 2SO4)

Derivados de la galactosilceramida, que se presentan en gran cantidad en la mielina. C) Lipoproteínas: Lípidos + Proteínas Lípidos no polares (TAG) y anfipáticos (fosfolípidos) unidos a proteínas mediante interacciones hidrofóbicas y electrostáticas. Se forman a nivel de las células intestinales y luego se secretan al sistema linfático y posteriormente a la circulación. Todos los productos hidrófobos y liposolubles de la digestión forman lipoproteínas, con lo cual se facilita su transporte entre tejidos en un ambiente acuoso, el plasma. De manera general las lipoproteínas permiten el transporte de los lípidos en el organismo para fines de su utilización y almacenamiento. Existen cuatro grupos de lipoproteínas: a. Quilomicrones.- Se encuentran en el quilo formado solo en el sistema linfático que drena el intestino, transporta el 96 % de TAG y colesterol, desde el intestino delgado al tejido adiposo e hígado. b. Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL).- Transporta 60 % de TAG y 15% de colesterol desde el hígado hacia los tejidos extrahepaticos. c. Lipoproteínas de baja densidad (LDL).- Transporta 50% de colesterol y 10% de TAG hacia tejidos periféricos, donde regula su síntesis en estos tejidos. d. Lipoproteínas de alta densidad (HDL).- Transportan apenas 3 % de TAG, 18% de colesterol y 50% de proteínas desde los tejidos periféricos al hígado. 3. LIPIDOS DERIVADOS A) Esteroides 34

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA Son compuestos derivados de hidrocarburos tetraciclicos (4anillos), del ciclo pentano perhidrofenantreno, que contiene un esqueleto de 17 átomos de carbono, que al ser hidrolizados no dan ácidos grasos. a. Esteroles.- El más representativo es el Colesterol.  Colesterol.- Distribuido en todas las células del cuerpo en particular en el sistema nervioso. Componente importante de las membranas biológicas, y de las lipoproteínas plasmáticas. También se halla en le plasma sanguíneo (200 mg/dl); se le relaciona con procesos de arterioesclerosis (endurecimiento de las arterias por acumulación de colesterol). Como derivados del colesterol tenemos: Ácidos Biliares.- Que se conjugan con el aminoácido glicina o con un derivado de la cisteína que es la taurina, dando lugar las sales biliares, con propiedades emulsificantes, que ayudan ala digestión de los lípidos. Pregnenolona.- Precursor de las hormonas esteróidicas como; andrógenos (hormona sexual masculina) y estrógenos (hormona sexual femenina), y a las hormonas adrenocorticales como; corticosteroma y aldosterona. Estradiol.- Regula los caracteres sexuales secundarios.  7 dihidrocolesterol.- Que en la piel por acción de la luz solar se transforma en vitamina D3 o colicalciferol.  Ergosterol.- Que es el esterol vegetal, también por irradiación se transforma en vitamina D2 o calciferol. B) Terpenos o Isoprenoides Derivados de la polimerización del isopreno (2 metil 1,4 pentadieno), formando sistemas de doble enlace conjugados. CH 2  C  CH 2  CH  CH 2 | CH 3 a. Monoterpenos: Vegetales (olor y sabor); mentol alcanfor limonero, geraniol, gomas, resinas. b. Sesquiterpenos: U de 3 isoprenoides; farnesol. c. Diterpenos: U de 4 isoprenoides; fitol (parte de la clorofila, precursor de la vitamina A) d. Triterpenos: U de 6 isoprenoides; escualeno y lanosterol (precursor del colesterol) e. Tetraterpenos: U de 8 isoprenoides. Carotenos (Lipocromos): Presentes formando parte de aceites www.antorai.com.pe

35

ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella esenciales y aromáticos, solubles en grasas. Los naturales derivan del licopeno. - Vit. A (retinol-púrpura visual-rodopsina) - Vit. E (tocoferol - antioxidante) - Vit. K (naptoquinona - antihemorragica) - Alfa y Beta carotenos (precursor de la vitamina A) Xantofilas C) Prostaglandinas (Eicosanoides): Se originan del ácido araquidonico, se puede aislar de la membrana plasmática. Con funciones reguladoras hormonales. Funciones: - Favorecen la flexibilidad de los eritrocitos. - Disminuyen la secreción gástrica. - Participan en el ciclo reproductor femenino. - Inducen el parto. - Estimulan la secreción de renina durante la fiebre. - En el SNC alteran la actividad de los neurotransmisores. - Actúan en procesos alérgicos e inflamatorios. Propiedades Químicas de los Lípidos 1. Hidrogenación.Los ácidos grasos no saturados, transformarse en saturados al reaccionar con hidrógeno (H). CH3 – (CH2)7 – CH=CH – (CH2)7 – COOH + H

Ácido oleico. No saturado-Fluido Saturado-Sólido

pueden

CH3 – (CH2)16 – COOH Ácido

esteárico.

Comercialmente, esta propiedad se utiliza para transformar los aceites vegetales en oleomargarinas que son sólidas. 2. Hidrólisis.- Las grasas, por hidrólisis y en presencia de la enzima lipasa, se desdoblan en glicerol y ácidos grasos. 3. Saponificación.- Cuando la hidrólisis se realiza en medio alcalino, se obtiene glicerol y sales de ácidos grasos y jabones. 4. Consistencia.- Una grasa de origen animal es sólida y predominan los ácidos grasos saturados, p.e. el cebo, la manteca, y es fluida al la temperatura del ambiente como los aceites de origen vegetal y predominan los ácidos grasos no saturados. 5. Solubilidad.- Insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos. 36

PROTEINAS PROTEINAS

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AMINOÁCIDOS Aminoácido (Aa)

C: Carbono central Alfa; Asimétrico (quiral) o Simétrico NH 2: Grupo Amino COOH: Grupo Carboxilo R: Radical; diferente para cada aminoácido.

R C

H2 N

COOH

H R HOOC – C  – NH2 H Teóricamente

R OOC – C  – NH3+

-

H Biológicamente

Los aminoácidos son las unidades monomericas y forman el esqueleto polipeptídico de las proteínas. En la naturaleza existen aproximadamente 300 Aa de los cuales solo 20 llamados como -aminoácidos son los más importantes. Dentro de las funciones que desempeñan podemos citar que participan en la transmisión nerviosa, regulación del crecimiento celular, biosíntesis de porfirinas, purinas y pirimidinas, comunicación celular, etc. Propiedades físico-químicas de los Aminoácidos 1.- Actividad óptica.- Capacidad de desviar el plano de luz polarizada. Se debe ala configuración tetraédrica del carbono. Sus valores son medidos en rotación óptica y rotación específica. * Todo compuesto con carbono asimétrico tiene actividad óptica. Los aminoácidos pueden ser L y D-estereoisómeros, que son el resultado de la dirección a la cual gira la luz polarizada. Son L-aminoácidos si la luz gira a la izquierda = Levógiro; y D-aminoácidos, si la luz gira a la derecha = Dextrogiro. Los aminoácidos biológicamente activos son los L-Aá, y son los que conforman las proteínas. COO– COO– NH3+ – C – H www.antorai.com.pe

H – C – NH3+ 37

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Siempre los primeros, dejando huella

CH3

CH3

L- Alanina

D-Alanina

Los D-Aá, también participan en la actividad biológica dentro de la célula, pero en la estructura y funciones de las proteínas. * La Glicina sale de la regla porque no presenta carbono asimétrico (R = H) 2.- Carácter ácido y básico de los aminoácidos.- Se debe a la presencia de COO- y NH3+, propiedad conocida como el anfoterismo. Se comporta como ácido cuando dona protones y se comporta como básico cuando acepta protones. Cerca del pH neutro los grupos amino y carboxilo de los aminoácidos se ionizan y contienen una carga (+) y una (-), por lo que se les denomina anfóteros. A un pH mas bajo suprime la disociación del grupo carboxilo y hace que la molécula se cargue positivamente. A un pH más alto el ion hidrógeno unido al grupo amino se disocia y la molecula se carga negativamente.

pH=23

NH3+ R–C–C H

OH

pH=67

O

NH3+ R–C–C H

O O

─

pH=910

NH2

O─ R–C–C O H

* El punto isoeléctrico es cuando el aminoácido se encuentra en su forma neutra a un pH de 7, donde las cargas están equilibradas, generalmente en medio acuoso no acepta ni dona electrones. A la forma ionizada se le denomina como switerion. 3.- Capacidad tamponante.- Se comportan como tampones o buffers, por estar en un momento como ácido y en otro como base. Las proteínas, por esto forman parte de este sistema de amortiguamiento; p.e. la histidina, que forma parte de la hemoglobina, tampona a un pH cercano a 7. Clasificación de los Aminoácidos 1. Desde el punto de vista dietético A) Aa Esenciales.-No son sintetizados por el hombre ni animales superiores ey se tienen que ingerir en los alimentos. Valina (Val) V Leucina (Leu) L Isoleucina (Ile) I Lisina (Lis) K Metionina (Met) M 38

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA Fenilalanina (Fen) (Phe) F Triptofano (Trp) (Try) W Treonina (Tr) (Thr) T Histidina (His) H * Arginina (Arg) R * B) Aa No Esenciales.- Son sintetizados por el organismo humano y no requieren ser ingeridos con los alimentos. Glicina (Gli) (Gly) G Alanina (Ala) A Prolina (Pro) P *(Iminoacido) Acido Aspartico (Asp) D Acido Glutámico (Glu) E Asparragina (Asn) N Glutamina (Glu) Q Serina (Ser) S Cisteina (Cis) (Cys) C Tirosina (Tir) (Tyr) Y 2. Desde el punto de vista biológico A) Aminoácidos protéicos.- Aquellos que forman parte de las proteínas. Los 20 Aá. Pueden ser: a. Aá codificables.- Representan la información genética durante la síntesis de proteínas y no sufren reacciones adicionales. b. Aá no codificables.- Cuando no llevan información genética porque sufren modificaciones post-traduccionales, como metilación, acetilación, fosforilación, etc. B) Aminoácidos no protéicos.- No forman parte de las proteínas, pero son precursores o intermediarios en la síntesis de Aá, o que se encuentran en las paredes celulares, entre éstos tenemos a los D-Aá, p.e. la citrulina y la ornitina, intermediarios de la síntesis de arginina, la D-serina (gusanos de tierra), D-alanina (larvas de gusanos), γ-aminobutílico (impulsor de las reacciones nerviosas), D- aspartato, D- serina (encéfalo humano) 3. Desde el punto de vista bioquímico A) Aminoácidos alifáticos.- Tienen cadena abierta y se subdividen en: a. Neutros.- Con un grupo carboxilo y un grupo amino. Comprende: * Simples: Gli, Ala, Val, Leu, Ile. * Azufrados: Cis, Met. * Hidroxilados: Ser, Tr. www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella b. Ácidos.- Con dos grupos carboxilo y un grupo amino: Asp, Glu. c. Básicos.- Con un grupo carboxilo y dos grupos amino: Lis, Arg. d. Aminoácidos que amídicas: Asn, Gln.

contienen

amido.-

Con

cadenas

laterales

B. Aminoácidos aromáticos.- Con cadenas cerradas o anillos: Fen, Tir. C. Aminoácidos heterocíclicos: Pro, Trp, His. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO



H2N

R

O

C

C

H OH + N

H



H2N

H

R

O

H

R

C

C

N

C

H

R C

COOH

H

COOH + H2O

H

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PROTEINAS  Son el grupo de moléculas con mayor versatilidad de funciones biológicas. Cumplen funciones estructurales y fisiológicas:  Constituyen del 40 a 50 % del peso seco de la célula.  Su importancia se debe a que están presentes en todas las especies, independientemente de la actividad biológica que desarrollen.  Su composición se fundamenta básicamente en los 20  aminoácidos.  Cada clase de proteína tiene una secuencia única de aminoácidos que está genéticamente determinada y su alteración puede producir un funcionamiento anormal.  Las proteínas, junto con los ácidos nucléicos, son la base molecular de la herencia y llevan la información genética.  Por tener gran tamaño molecular, las proteínas forman soluciones coloidales que no atraviesan las membranas semipermeables.  Las cadenas polipeptídicas de las proteínas no presentan ramificaciones.  Las proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica.  Presentan un elevado peso molecular y por lo general están constituidos de entre 100 a 300 restos de aminoácidos, pero algunas presentan más de 300, p.e., la seroalbúmina = 500 restos de Aá y la miosina = 1800 restos de Aá. 40

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA  Las proteínas presentan niveles estructurales elevados, basados en la secuencia de Aá, la conformación de las cadenas polipeptídicas y la asociación de los mismos. NIVELES ESTRUCTURALES DE ORGANIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS 1. Estructura primaria.- Se refiere a la composición de aminoácidos, su secuencia lineal específica y orden (da lugar a varios tipos de secuencia). Frederick Sanger, estableció la secuencia de aminoácidos de la insulina de res y postuló a que esta secuencia está determinada genéticamente. La estructura primaria es importante para determinar la función de la proteína. 2. Estructura secundaria.- Se refiere a la posibilidad de establecer enlaces de carácter no covalente entre los grupos funcionales de una o varias cadenas peptídicas, permiten adoptar conformaciones de menor energía libre. La estructura secundaria se refiere a la conformación de la proteína que da lugar a enrrollamientos y plegamientos de la cadena polipeptídica. Los enlaces que participan y estabilizan esta estructura son los puentes de hidrógeno entre los grupos imino (NH) y carbonilo (CO), que presentan las siguientes conformaciones: a.  Hélice.- La cual completa una vuelta cada 3.6 residuos de aminoácidos. La altura o distancia de cada vuelta es de 55 nm. Muestran un enrrollamiento dextrógiro, en cambio, las proteínas cancerígenas, se enrollan a la izquierda (levógiro). La  hélice está formada por L- aminoácidos o D-aminoácidos, pero nunca por la combinación de ambos. En la  hélice, los grupos R están orientados hacia fuera de la hélice. b.  Hélice u hoja plegada.- Los enlaces de hidrógeno se establecen entre grupos carboxilo y amino de cadenas peptídicas distintas. Es una estructura estirada y puede ser de forma paralela (cadenas interactúan en un mismo sentido) y antiparalela (en sentidos contrarios). H3N+

COO–

= O ...... H – = O ...... H – – H ...... O = Paralela

NH3+

COO–

COO–

NH3+

COO–

Antiparalela

NH3+

c. Estructura al azar.- De igual importancia que  hélice y  hélice. No se identifican sus estructuras. Por lo general, las proteínas al estado natural, tienen este tipo de conformación. www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella 3. Estructura terciaria.- La proteína adquiere una configuración tridimensional al doblarse en el espacio; estos pliegues sitúan en el interior los grupos hidrófobos y en el interior los grupos hidrófilos. La estructura terciaria de las proteínas queda conformada por las siguientes interacciones. a. Enlace covalente.- Poseen el enlace peptídico y el disulfuro que se forman entre dos cisteínas. b. Enlace no covalente.- Comprende: * Interacciones polares.- Los puentes de hidrógeno que estabilizan la estructura terciaria y las interacciones iónicas entre los grupos con carga eléctrica contraria. * Interacciones no polares.- Aquellas interacciones hidrofóbicas de las cadenas laterales de aminoácidos no ionizables. 4. Estructura cuaternaria.- Cuando se asocian cadenas polipeptídicas para dar lugar a la proteína activa, p.e, la hemoglobina tiene una estructura tetramérica, formada por 2 subunidades  y 2 subunidades , siendo la molécula activa 22. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS 1. Catálisis enzimática.- Las enzimas son proteínas biocatalizadoras que aumentan la velocidad de las reacciones químicas en los sistemas biológicos. 2. Transporte y almacenamiento.- Las proteínas transportan iones y moléculas específicas, p.e., la hemoglobina, transporta oxígeno en la sangre; la transferina, en el plasma sanguíneo, transporta hierro y se almacena en el hígado bajo la forma de ferretina o hemosiderina. 3. Estructural.- Forman parte de estructuras permanentes, p. e.: las proteínas de las membranas, la queratina en el pelo y las uñas, el colágeno en la piel y los huesos. 4. Protección inmune.- Los anticuerpos son proteínas que reconocen y se combinan con antígenos como las bacterias y los virus, formando un complejo antígeno-anticuerpo, que da la reacción de precipitina que inmoviliza las sustancias extrañas. 5. Reguladora y hormonal.- Existen hormonas de naturaleza polipeptídica y protéica, como la insulina, el glucagon (metabolismo de la glucosa), la hormona adenocorticotrópica (ACTH). 6. Energética.- Producto de su oxidación también generan energía aprovechable. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS De acuerdo a su composición y solubilidad, las proteínas se clasifican en 3 grupos: simples, conjugadas y derivadas. 1. PROTEÍNAS SIMPLES 42

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA Cuando, por hidrólisis, las proteínas dan lugar a aminoácidos. Estas a su vez pueden ser: a. Albúminas.- Son solubles en agua pura, como:  Ovoalbúmina, en el huevo.  Seroalbúmina, en la sangre.  Lactoalbúmina, en la leche. b. Globulinas.- De forma esférica u ovoidea, insolubles en agua destilada:  Ovoglobulina, en el huevo.  Gammaglobulina, en la sangre (forman anticuerpos). c. Glutelinas.- Insolubles en agua pura y soluciones salinas diluidas, pero solubles en ácidos o bases diluidas:  Gluten (trigo).  Orizeína (arroz). d. Gliadinas.- Se hallan en las semillas de los cereales:  Gliadina (trigo).  Zeína (maíz).  Hordeína (cebada). e. Histonas.- De reacción básica, debido a aminoácidos diaminos. Se hallan en el núcleo, con el ADN:  Histona del timo. f. Protaminas.- Son proteínas básicas, solubles en agua, se hallan en los espermatozoides de los peces:  Salmina, en el salmón.  Esturina, en el esturión. f. Escleroproteínas.- Son sólidas, insolubles en agua, forman fibras y realizan la función de protección y soporte:  Queratina, en pelos, uñas, plumas, pezuñas.  Colágeno, en tendones, piel y huesos.  Elastina, en ligamentos. Las proteínas parecidas a las escleroproteínas, por ser fibrilares, son la actina y la miosina, responsables de la contracción muscular y el fibrinógeno, que interviene en la coagulación de la sangre. 2. PROTEÍNAS CONJUGADAS Aquellas que están formadas por proteína y un grupo prostético o no protéico. Estas, se subdividen en: a. Nucleoproteínas.- Son proteínas unidas a los ácidos nucléicos (ADN y ARN): Desoxirribonucleoproteínas. Ribonucleoproteínas. www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella b. Fosfoproteínas.- Aquellas que tienen como grupo prostético al ácido fosfórico: Caseína de la leche. c. Cromoproteínas.- El grupo prostético es el grupo porfirina (porfirinoproteínas), que suele contener un átomo metálico: En la hemoglobina, la porfirina contiene hierro. En la clorofila, la porfirina contiene magnesio. En la hemocianina, la porfirina contiene cobre. d. Glucoproteínas.- El grupo prostético son polisacáridos. e. Lipoproteínas.- El grupo prostético son lípidos. 3. PROTEÍNAS DERIVADAS Son proteínas que resultan del desdoblamiento de proteínas conjugadas, de la hidrólisis de proteínas simples o de las alteraciones estructurales de proteínas nativas, lo que se conoce como desnaturalización. Estas son: a. Proteosas, peptonas, péptidos.- Se obtienen por hidrólisis enzimática o química de las proteínas. b. Proteínas desnaturalizadas.- Por su naturaleza frágil y su complicada estructura, las proteínas se pueden desnaturalizar por altas temperaturas y otras condiciones fisiológicas, alterando así su estructura.

ENZIMAS ENZIMAS El nombre de enzima, que fue propuesto en 1867 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne, deriva de la frase griega en zymē, que significa 'en fermento'. En la actualidad los tipos de enzimas identificados son más de 2000. “La célula es un pequeño laboratorio, donde se sintetizan y degradan varias sustancias. Estos procesos son realizados por las enzimas a la temperatura normal del organismo, con moderada concentración iónica y dentro de limites estrechos de pH”. Sustancias orgánicas especializadas compuestas por polímeros de aminoácidos, que actúan como catalizadores en el metabolismo de los seres vivos (biocatalizadores). Regulan la velocidad de muchas reacciones químicas implicadas en dicho proceso. Representan el grupo de moléculas más extenso y más especializado. Son los productos más importantes de los genes. 44

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA * Catalizador: Sustancia que acelera las reacciones químicas sin modificarse (puede utilizarse varias veces) Propiedades  

  

Biocatalizadores de naturaleza proteica, por lo que pueden sufrir desnaturalización Las enzimas (E), presentan uno o más sitios activos (exactamente complementario al sustrato especifico), a los que se une el sustrato (S), formando el complejo enzima-sustrato (ES). Luego la enzima se libera y el sustrato se transforma en uno o más productos (P). El sitio activo es una entidad tridimensional, con una secuencia especial de aminoácidos. Especificidad con respecto al sustrato. Solubles en agua y soluciones salinas y alcohólicas.

Especificidad Cada tipo de enzima cataliza un tipo específico de reacción química. Una enzima específica (E) actúa solo sobre un determinado sustrato (S), p.e., las enzimas proteolíticas y las glucosidasas, actúan sobre proteínas o polisacáridos, respectivamente. La especificidad puede ser de 3 tipos: Especificidad absoluta : La E actúa únicamente sobre un tipo de S. Especificidad de grupo : La E actúa sobre un grupo determinado de sustratos. - Especificidad de clase : La actividad de la E depende del tipo de enlace y no de S. Teorías que explican la formación del complejo enzima-sustrato 1. Teoría de la llave y la cerradura: Planteada por Fisher. La especificidad entre el S y la E se explica como la relación de una “llave” (sustrato) y su “cerradura” (enzima). En la estructura de la E existe una zona específica, denominada sitio (centro) activo o catalítico, a la cual se une la molécula del S complementario para formar el complejo ES (transformación catalítica). 2. Teoría de la adaptación inducida: Los grupos funcionales del centro catalítico de la E no se hallan en posiciones óptimas para promover la catálisis; al encontrar un S que tiene afinidad, el centro catalítico de la E se ve obligado a reordenarse o adoptar una conformación compatible con dicho S, para formar el complejo ES. -

Estructura y composición www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella Holoenzima: Enzima funcional (activa) = Apoenzima + Cofactor a) Apoenzima: Porción proteica (enzima inactiva). Necesita a la coenzima para convertirse en una enzima funcional o activa. b) Cofactor: Grupo prostético no protéico, que se une a la E para activarla. Puede ser de dos tipos:  Coenzima: Son cofactores enzimáticos (moléculas) de naturaleza orgánica. Ejemplos: - NAD: Nicotinamida adenín dinucleótido - Coenzima de las deshidrogenasas. - NADP: Fosfato de nicotinamida adenín dinucleótido - Coenzima de las deshidrogenasas. - FMN: Flavín mononucleótido - FAD: Flavín adenín dinucleótido - AMP: Adenosín monofosfato - ADP: Adenosín difosfato - ATP: Adenosín trifosfato - CoA: Coenzima A - Fosfato de piridoxal – Coenzima de transaminasas y descarboxilasas. - Pirofosfato de tiamina  Activador: Grupo prostético. Se diferencia de la coenzima por ser un cofactor de naturaleza inorgánica, que son iones metálicos livianos, p.e. Ca (ATPasa), Fe (citocromos, peroxidasas), Mg (fosfatasas), Mn (peptidasas), Cu (tirocinasa, citocromo oxidasa), Co (peptidasas), Zn (peptidasas, alcohol deshidrogenasa), Mo (nitrato reductasas), Na, K, etc. * Cimógenos.- Pre-enzima o precursor enzimático, que se halla dentro de la célula en estado inactivo cuando es sintetizada. Al salir fuera es cortada en lugares específicos y es activada por las enzimas proteasas o por compuestos inorgánicos. P.e. Las enzimas producidas por el páncreas son sintetizadas como tripsinógeno y quimiotripsinógeno. * Isoenzimas.- Son múltiples formas de una misma enzima que tienen pequeñas diferencias en su composición aminoacídica y a veces en su regulación, p.e. el grupo de las deshidrogenasas lácticas (DHL). Nomenclatura Para dar nombre a una enzima, se pueden dar dos casos: a) De acuerdo al sustrato: se menciona primero el nombre del sustrato + sufijo “asa”, p.e., amilasa, lipasa, sacarasa, etc. b) De acuerdo a su función: el nombre del sustrato + nombre de la coenzima (si interviene) + función que realiza + terminación “asa”, p.e., transaminasa, aminopeptidasa, etc. * Algunas enzimas como la tripsina, ptialina y pepsina, escapan a estas reglas y mantienen su nombre anterior a esta nomenclatura. Clasificación 46

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA La mayor parte de las enzimas catalizan la transferencia de electrones, átomos o grupos funcionales. La clasificación de las enzimas se realiza de acuerdo con el tipo de reacción de transferencia, el grupo dador y el grupo aceptor, y se reconocen 6 grupos principales: 1. Oxidorreductasas: Transferencia de electrones o H; p.e., citocromos b y c. 2. Transferasas: Transferencia de grupos funcionales; p.e., glucoquinasa, transaminasa. 3. Hidrolasas: Reacciones de hidrólisis o transferencia de grupos funcionales al agua; p.e., lactasa. 4. Liasas: Adición de grupos a dobles enlaces. Ruptura o formación de dobles enlaces; p.e., descarboxilasas. 5. Isomerasas: Transferencia de grupos en el interior de la molécula para originar isómeros; p.e., triosa fosfato isomerasa. 6. Ligasas: Forman enlaces covalentes, acoplados a la ruptura de ATP (gasto de Eº); p.e., polimerasas. Actividad enzimática Las enzimas (E), presentan uno o más sitios activos, a los que se une el sustrato (S), formando el complejo enzima-sustrato (ES). Luego la enzima se libera y el sustrato, químicamente modificado, se transforma en uno o más productos (P). Esta es una reacción reversible. La enzima liberada, que conserva su estructura original, puede recombinarse con más sustratos específicos. En esta unión participan interacciones electrostáticas, enlaces puente de hidrógeno y fuerzas de Van der Wall (enlaces no covalentes), por ser un complejo temporal el cual, luego tiene que separarse, lo que no ocurriría si los enlaces fueran covalentes En términos generales, pueden considerarse dos etapas en el funcionamiento de una enzima: 1. Formación del complejo específico (Enzima-Sustrato). 2. Etapa catalítica propiamente dicha, en la que se producen los diferentes mecanismos de catálisis (hidratación, deshidratación, transferencia de grupos, etc.) [E] + [S]

[ES]

Primera etapa

[ES] [P] + [E] Segunda etapa Factores que influyen en la actividad enzimática La actividad catalítica de una enzima está determinada sobre todo por su secuencia de aminoácidos y por la estructura terciaria, es decir, la estructura de plegamiento tridimensional de la macromolécula. www.antorai.com.pe

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ACADEMIA RAIMONDI Siempre los primeros, dejando huella Concentración de la enzima.- A > concentración de la E: > rapidez de la reacción (actividad enzimática).  Concentración del sustrato.- A > concentración del S: > rapidez de la reacción.  Temperatura.- Al alcanzar la Tº óptima, la velocidad de la reacción aumenta hasta el máximo; cuando la Tº aumenta, la velocidad de la reacción disminuye hasta detener su actividad (desnaturalización por calor). La Tº óptima de las E es próxima a la del organismo.  pH.- A un pH óptimo, la velocidad de reacción llega al máximo. Si este pH aumenta (desequilibrio de radicales ionizados ácidos y básicos), la velocidad disminuye (desnaturalización).  Activadores.- Iones metálicos livianos (Fe, Cu, Mn, Mg, Co, K, Zn, etc.) que ayudan a la unión de la E con el S.  Inhibidores.- Iones pesados (Pb, Hg) o moléculas que limitan la actividad de una E, reversible o irreversiblemente. 

Inhibición enzimática Los inhibidores son moléculas que se unen a las E para disminuir la velocidad de la reacción enzimática. La inhibición puede ser reversible o irreversible. 1. Inhibición reversible.- Cuando el inhibidor (I) y la enzima (E) se unen mediante enlace no covalente. Comprende: a) Inhibición competitiva.- I y S tienen semejante conformación y compiten por el sitio activo o catalítico de la E, desplazando el I al S. Como resultado se forma el complejo enzima-inhibidor (EI). Es reversible, porque al aumentar la concentración del S, se desplaza al inhibidor. Ejm., la succinato deshidrogenasa, tiene como sustrato el succinato y como inhibidor al malonato. b) Inhibición acompetitiva.- La E tiene un solo sitio catalítico y el complejo ES ya está formado y el I actúa sobre él, formando un complejo ternario ESI. Generalmente ocurre en reacciones enzimáticas con dos sustratos. Si aumentamos la concentración del S, no recuperamos la E libre sino el complejo ES. c) Inhibición no competitiva.- Cuando la E presenta más de un sitio catalítico, entonces no existe competencia por el sitio activo, el S se une a uno de ellos y el I a otro, formando el complejo ESI. No puede ser anulada por concentraciones altas de S. La velocidad disminuye. 2. Inhibición irreversible.- Cuando el inhibidor (I) y la enzima (E) se unen mediante enlace covalente, lo cual ocasiona una modificación del sitio catalítico (alteración de uno o más grupos funcionales) de la E volviéndola inactiva. Este tipo de inhibición también puede deberse a la desnaturalización de la enzima.

VITAMINAS VITAMINAS 48

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA El término fue introducido por Funk (1911), quien lo utilizó en alusión a la carencia de “aminas vitales”. En la actualidad, este término se emplea para referirnos a sustancias orgánicas de bajo peso molecular, esencial en el metabolismo y necesario para el crecimiento y, en general, para el buen funcionamiento del organismo. Las vitaminas son requeridas en pequeñas cantidades y deben ser obtenidas a partir de los alimentos, ya que, a excepción de la vitamina D, no pueden ser sintetizadas por el cuerpo humano. La carencia de éstas da origen a una amplia gama de disfunciones metabólicas y de otro tipo que, en general, se conocen como enfermedades carenciales o avitaminosis. Funciones generales Las vitaminas participan en la formación de hormonas, células sanguíneas, sustancias químicas del sistema nervioso y material genético. Las diversas vitaminas no están relacionadas químicamente, y la mayoría de ellas tiene una acción fisiológica distinta. Por lo general actúan como catalizadores, combinándose con las proteínas para crear metabólicamente enzimas activas que a su vez producen importantes reacciones químicas en todo el cuerpo. Sin las vitaminas muchas de estas reacciones tardarían más en producirse o cesarían por completo. Clasificación Las 13 vitaminas identificadas se clasifican de acuerdo a su capacidad de disolución en grasa (vitaminas liposolubles) o en agua (vitaminas hidrosolubles). 1. Vitaminas liposolubles.- Suelen consumirse junto con alimentos que contienen grasa y, ya que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo, no es necesario tomarlas todos los días. No son fácilmente absorbibles. Son las siguientes:  Vit. A o Retinol  Vit. D o Calciferol  Vit. E o Tocoferol  Vit. K Las vitaminas liposolubles pueden bloquear el efecto de otras vitaminas o causar intoxicación grave si se consumen en exceso. 2. Vitaminas hidrosolubles.- No se pueden almacenar y, por tanto, se deben consumir con frecuencia (diariamente), excepto algunas vitaminas B. Son fácilmente absorbibles. Tenemos:  Vitamina C o Ácido ascórbico  Vitaminas del Complejo B.- En total son 8: - Vit. B1 o Tiamina - Vit. B2 o Riboflavina

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- Vit. B3 o Niacina - Ácido

nicotínico - Nicotinamida

- Vit. B5 o Ácido pantoténico 49

ACADEMIA RAIMONDI - Vit. B6 o Piridoxina - Piridoxal -

Piridoxamina - Biotina - Vit. B12 o Cobalamina VITAMINA

A Retinol

D Calciferol

E Tocoferol

K Naftoquino na

50

Siempre los primeros, dejando huella - Ácido

fólico o pteroilglutámico

FUNCIÓN

FUENTE

► Componente de la

► Vegetales verdes

► Absorción y utilización de Ca y P en el tracto gastrointestinal. Trabaja con la hormona Paratiroidea que regula el metabolismo del Ca. ► Formación de huesos. ► Antioxidante; evita la oxidación de los ácidos grasos. ► Formación de las membranas celulares. ► Formación del DNA y RNA y glóbulos rojos. ► Protección del hígado contra tóxicos.

► Productos lácteos. ► Huevos. ► Aceite de hígado de peces óseos. ► Luz ultravioleta.

► Antihemorrágica, coagulación sanguínea específicamente participa en la síntesis de protrombina (factor II) por el hígado.

► Vegetales verdes; alfalfa, espinaca, coliflor, repollo. ► Hígado.

Rodopsina, que participa en los procesos visuales. ► Mantenimiento de epitelios (piel). Regulación de las actividades de los osteoblastos.

y Amarillos (carotenos). ► Hígado. ► Productos lácteos.

► Vegetales verdes. ► Aceite de germen de trigo. ► Aceite de hígado de bacalao. ► Semillas oleaginosas. ► Yema de huevo, carne.

Folato

-

Ácido

DEFICIENCIA ► Ceguera

nocturna, xeroptalmia. ► Atrofia y queratinización de los epitelios, lesiones cutáneas. ► Desarrollo lento de huesos y dientes. ► Raquitismo en niños. ► Osteomalacia en adultos. ► Perdida del tono muscular.

► Catálisis de las membranas de los glóbulos rojos. Anemia Hemolítica. ► Distrofia muscular en monos. ► Androesterilidad en ratas y reabsorción del feto en las hembras. ► Inhibición de la coagulación sanguínea.

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA

C Ácido Ascórbico

B1 Tiamina

B2 Riboflavina

B3 Niacina Factor PP

► Participa en la síntesis de colágeno y mucopolisacáridos del tejido conectivo, huesos y dientes, y de los vasos sanguíneos. ► Actúan con los anticuerpos, neutralizando la acción de los venenos.

► Cítricos. ► Vegetales hoja verde. ► Tomates.

► Metabolismo de los carbohidratos. ► Regulación de las funciones nerviosas y cardiacas. ► Descarboxilación del ácido pirúvico en CO2 y H2O. (Síntesis de acetilcolina)

► Carne de cerdo, vísceras, hígado, cerebro. ► Cereales, habas, nueces, levadura, pan.

► Actúa como coenzima en las reacciones metabólicas; FMN y FAD, actúan en el transporte de H en el metabolismo de los carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos.

► Carnes rojas; res, cordero, huevos. ► Pan integral. ► Espárragos, guisantes, maní, remolacha.

► Actúan como coenzima bajo la forma de NAD, transportando H (reacciones de oxido reducción en la respiración celular).

► Hígado, carne de gallina, pescado. ► Cereales. ► Legumbres. ► Pan integral (levaduras). ► Derivado del Triptofano.

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de

► Escorbuto; Comprende encías inflamadas, aflojamiento de dientes, pobre cicatrización de heridas, hemorragias. ► Retardo en el crecimiento. ► Baja resistencia a las infecciones. ► Metabolismo inadecuado de carbohidratos (producción de ácidos pirúvico y láctico e insuficiencia energética de células musculares y nerviosas. ► Produce el beriberi ► Produce la Polineuritis. ► Utilización inadecuada del O2 , que provoca, visión borrosa, cataratas y ulceras de la cornea. ► Queilosis (estomatitis angular), Glositis (lengua repapilada). ► Dermatitis (agrietamiento de la piel). Lesiones de la mucosa intestinal. ► Fotofobia. ► Pelagra; Ulceraciones y trastornos en la mucosa digestiva, diarrea, dermatitis y disturbios 51

ACADEMIA RAIMONDI

B5 Ácido Pantotenic o

B6 Piridoxina

B12 Cianocobalamin a

Biotina Vitamina H 52

► En el metabolismo lipidito inhibe la producción de colesterol, colabora con la descomposición de las grasas. ► Participa en procesos metabólicos al formar parte de la Coenzima A (ciclo de Krebs). ► Conversión de lípidos y aminoácidos en glucosa. ► Síntesis de colesterol. ► Coenzimas en el metabolismo normal de los aminoácidos (transfieren grupos amino). También de los ácidos grasos. ► Producción de anticuerpos circulantes. ► Coenzima del metabolismo de ácidos nucleicos (síntesis de núcleo proteínas). ► Estimulación de la medula ósea roja para la formación de hematíes. ► Síntesis del aminoácido metionina. ► Síntesis de colina.

► Coenzima para la síntesis de ácidos grasos. También en el metabolismo de los aminoácidos. ► Síntesis de purinas.

Siempre los primeros, dejando huella psicológicos.

► Hígado, riñones, huevos, lácteos. ► Levaduras cereales y vegetales verdes. ► Sintetizado por bacterias gastrointestinale s.

► Hígado, carne, salmón. ► Cereales (leguminosas, maíz), levaduras. ► Tomates espinacas, plátano. ► Yogurt. ► Sintetizado por bacterias del tracto gastrointestinal. ► Productos de origen animal. ► Microorganismos . ► No están presentes en los vegetales.

► Carnes, riñón, hígado. ► Verduras, legumbres. ► Yema de huevo

► Degeneración neuromuscular (calambres y descoordinación en las extremidades). ► Fatiga, cefalea, ► Trastornos digestivos nauseas, cólicos, flatulencias, vómitos. ► Dermatitis en ojos, nariz y boca. ► Neuritis (convulsiones). ► Crecimiento retardado.

► Anemia perniciosa de Addison, hematíes inmaduros (megaloblastos) . ► Daño irreversible del sistema nervioso (degeneración de los axones de las neuronas de la medula espinal). Corteza cerebral aumento del tamaño celular y muerte. ► Si se consume abundante clara de huevo la ovoidina se une con la biotina evitando su

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COMPENDIO ACADÉMICO I BIOLOGÍA

Ácido Fólico

► En su forma coenzimática que es el ácido tetrahidrofólico, actúan en el metabolismo de los ácidos nucleicos; síntesis de bases púricas y pirimídicas. ► Conversión de Homocisteina en metionina, serina en glicina.

► Vegetales de hojas grandes verdes. ► Hígado, levaduras, ► Alimentos ricos en Fosfato. ► Sintetizado por bacterias gastrointestinale s.

absorción, esto genera nauseas, fatiga, dolor muscular y depresión mental. ► Anorexia y anemia leve. ► Anemia macrocítica, hematíes no maduran, inmaduros o megaloblastos.

Continuará...

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