UNIDAD2 BIOQUIMICA+

BIOQUIMICA
Miriam Rosario Arnéz Camacho
Unidad II
Introducción a la Bioquímica y la Nutrición
Contenido
Introducción
1. Composición química del cuerpo humano
2. Principales funciones de los componentes de la célula
3. Las Biomoléculas
3.1. Estructura molecular
3.2. Principales funciones
3.3. Composición
3.4. Principales funciones de los constituyentes de la
célula
4. Principales enlaces químicos
5. Grupos funcionales
6. Bioquímica y nutrición
Introducción
• La química del estado viviente abarca
desde los
vegetales, animales
unicelulares hasta la mas compleja
representada por el “Homo sapiens”.
Sin
embargo,
hay
muchas
características que comparten todas
ellas. (Petrucci)
Introducción
La composición de la materia viva es muy diferente a la
composición elemental de la litosfera y de la atmósfera,
esto sugiere que algunos elementos son mas
adecuados para construcción de las moléculas de los
organismos que otros.
Los bioelementos o elementos biógenos son los
elementos químicos, presentes en seres vivos. La
materia viva esta constituida por unos 40 elementos.
Cerca del 99% de la masa de la mayoría de las células
esta constituida por 4 elementos, Carbono (C) ,
hidrogeno (H), oxigeno (O) y nitrógeno (N)
1. Composición química del cuerpo
humano
• De los 105 elementos conocidos, unos 50 se
encuentran en la materia viviente en concentraciones
medibles.
• 22 de ellos desempeñan funciones conocidas.
• 11 son los elementos mas abundantes en los
organismos vivos, cuyos porcentajes en el cuerpo
humano se describen en la Tabla 1.
Además estos elementos también son de interés
médico y biológico, como se observa en la tabla 2.
• Los 4 elementos: oxigeno, carbono, hidrogeno y
nitrógeno constituyen en conjunto el 96% de la masa
total del hombre.
Tabla 1. Elementos químicos que
encuentran en
el cuerpo humano
Elemento
Porcentaje
Oxigeno
Carbono
Hidrogeno
Nitrógeno
Calcio
Fósforo
Trazas:
65
18
10
3
2
1.2
Elemento
Porcentaje
Potasio
Azufre
Cloro
Sodio
Magnesio
Mn, Fe. Co. Zn, B. Al. V. Mo. I, Si
0.20
0.20
0.20
0.11
0.04
se
Tabla 2. El cuerpo humano se compone de unos cuantos
elementos (C,H,O,N) que combinados forman una extensa
variedad de moléculas que desempeñan diversas funciones y
muchos de ellos son de interés biológico y medico.
Constituyentes
principales
Otros elementos de interés y valor
biológico y médico
Carbono
Calcio
Hidrógeno
Fósforo Magnesio
Oxígeno
Potasio
Hierro
Nitrógeno
Sodio
Manganeso
Cloro
Iodo
Otros
• Aparte del agua, que es el compuesto
•
mas abundante en todo organismo vivo,
existen otras sustancias que se
encuentran en la célula como los
polisacáridos, lípidos, proteínas, ácidos
nucleicos.
Así mismo, se encuentran en ella
enzimas,
coenzimas,
vitaminas
y
minerales.
Los macro elementos son indispensables
para los seres vivos
• En la naturaleza existen 81 elementos
estables
• 15 se encuentran en todos los seres vivos,
11 son los mas abundantes y otros 8 a 10 se
hallan solo en algunos de ellos.
• El hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el
nitrógeno, componen mas de 99% de todos
los átomos que integran los organismo
animales.
Los macro elementos son indispensables
para los seres vivos
• El hidrógeno y el oxígeno forman el agua
compuesto fundamental que representa
del 60 a 70 % de la masa celular.
• La mayor parte de los compuestos
orgánicos responsables de los procesos
vitales están formados por el carbono,
hidrógeno, el oxígeno, el azufre o el
fósforo.
Un segundo grupo de elementos de importancia
biológica esta representada por iones inorgánicos
cerca del 0.5 % de la masa corporal:
• Metales alcalinos: Sodio (Na+)
Potasio (K+)
• Metales alcalino térreos: Magnesio (Mg +2 )
Calcio (Ca 2+ )
• Halógenos: Cloro (Cl 1- )
Oligoelementos (0.1%)
Elementos vitales que se encuentran en cantidades
pequeñas.
•
•
•
•
•
•
Hierro (Fe),
Zinc (Zn),
Cobre (Cu),
Cobalto (Co),
Manganeso (Mn)
algunos no metales como el Yodo (I)
Selenio (Se)
1.2. Composición elemental aproximada
del cuerpo humano
En la
tabla 3 se presenta la
composición elemental del cuerpo
humano considerando el peso seco de
un individuo de 65 Kg.
Tabla 3 . Composición elemental aproximada
del cuerpo humano (con base en peso seco)
Elemento
Porcentaje Elemento
Porcentaje
azufre
0.8
magnesio
0.1
calcio
4
manganeso
0.001
nitrógeno
8.5
carbono
50
cloro
0.4
oxígeno
20
fósforo
2.5
potasio
1
sodio
0.4
hidrógeno
hierro
10
0.01
yodo
0.00005
Según la cantidad en la que se
encuentran los elementos en los
organismos vivos se los puede agrupar
por niveles: primer, segundo, tercer y
cuarto nivel, según la siguiente tabla 4
Tabla 4. Elementos que se encuentran en los organismos
Elemento
Contenido
Elemento
contenido
Primer nivel
Los mas abundantes en
todos los organismos
Cuarto nivel
Se encuentran o son
necesarios en algunos
organismos en
cantidades mínimas
Mucho menos abundantes,
pero se encuentran en
todos los organismos
Cuarto nivel
Flúor (F)
Carbono Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N)
Oxígeno (O)
Segundo nivel
Calcio (Ca)
Cloro (Cl)
Magnesio (Mg)
Fósforo (P)
Potasio (K)
Sodio (Na)
Azufre (S)
Tercer nivel
Cobalto (Co)
Cobre (Cu)
Hierro (Fe)
Manganeso (Mn)
Zinc (Zn)
Metales presentes en
pequeñas cantidades en
todos los organismos pero
son esenciales para la vida
Aluminio (Al)
Asénico (As)
Boro (B)
Bromo (br)
Cromo (Cr)
Galio (Ga)
Yodo (I)
Molibdeno (Mo)
Níquel (Ni)
Selenio (Se)
Sílice (Si)
Tungsteno (W)
Vanadio (V)
2. Principales funciones de los
componentes de la célula
Cada elemento participa de una función
especial dentro el organismo
• El fosfato es un componente de los
ácidos nucleicos y de otras moléculas
y se distribuye ampliamente en su
forma ionizada como fosfato (PO43-).
• En el trifosfato de adenosina (ATP)
dos enlaces fosfato anhidro de alta
energía unen los tres grupos fosfato.
• La presencia de calcio (Ca2+) se
requiere para innumerables procesos
biológicos.
Elementos de interés medico
Los electrolitos son indicativos para la
detección de alteraciones o patologías
como:
• Desequilíbrio de electrolítos
K+, Na+, Cl-, Mg2+
• Anemia por deficiencia de hiérro Fe2+
• Anomalías tiroideas I-
El cuerpo humano esta constituido por
moléculas
inorgánicas
y
orgánicas
Compuestos inorgánicos Compuestos orgánicos
• Contienen: C,H,O,N
• Macrominerales
•
Microminerales
Ejemplos: electrolitos: Na+
,K+ ,Cl-, Ca++
• Forman la mayor parte de la
masa corporal
• Otros: Fe, Iodo, Magnesio
• Biomoléculas: Proteínas
• Carbohidratos, lípidos,
• Sustancias que contienen
ácidos nucleícos
(compuestas por decenas de
oxígeno como el agua
monómeros que son denominados
tambien polímeros naturales, excepto
los lípidos)
• Ácidos, bases
(HCl, ácidos biliares,
bicarbonato, fosfatos, etc.
•
Vitaminas, coenzimas, hormonas,
enzimas
Recordando: El 96 % de la masa
corporal aproximadamente esta formada
por:
• Oxígeno 65 %
• Carbono 18 %
• Hidrógeno 10 %
• Nitrógeno 3 %
• Elementos restantes 3.9 %
• Oligoelementos 0.1 %
Tabla 5. Composición química
principales funciones
Elemento
Primer nivel
Porcentaje
96 % de la
masa
corporal
del cuerpo humano y
Función
•Forma parte de la composición del agua y de la
Oxígeno
65
Carbono
18
•Esta presente en todas las moléculas orgánicas
•Formar cuatro enlaces con otros atamos
•Componente de alimentos
Hidrógeno
10
• Forma parte del agua, de los alimentos
• Esta presente en la mayoría compuestos
mayoría de los compuestos orgánicos
•Importante para la respiración celular
orgánicos
•Tiene carga positiva
Nitrógeno
3
•Constituyente de las proteínas, aminoácidos,
ácidos nucleídos ADN,RNA y de algunos lípidos
Tabla 6. Composición química
principales funciones
Elemento
Segundo
nivel
3.9 % de
la masa
corporal
Calcio
Ca+ +
2
del cuerpo humano y
Función
• Componente estructural de los huesos y dientes
• Segundo mensajero químico intracelular
• Interviene en la contracción muscular y coagulación
de la sangre
•Activa la exocitosis
Fósforo
1.2
• Constituyente de proteínas, ácidos nucleídos, ATP.
• Elemento rico en energía – Importante para la
transferencia de energía
• Con el calcio es necesario para la formación de
estructuras óseas y dientes
Potasio
0.2
•Catión intracelular mas abundante, interviene en la
conducción
muscular.
de
impulsos
nerviosos
y
contracción
Tabla 6.
Composición química
principales funciones
Elemento
Segundo nivel
del cuerpo humano y
3.9 % de la
masa corporal
Función
Azufre
0.2
•Componente
Sodio
(Na+)
0.11
•Catión
Cloro
(Cl- )
0.2
•Anión extracelular mas abundante,
Magnesio
(Mg++)
0.04
Flúor (F-)
0.1
proteínas,
de la mayoría
tejido conectivo.
de
las
extracelular
mas
abundante,
mantiene el equilibrio hídrico en la sangre,
importante en la contracción muscular, en la
conducción de impulsos nerviosos.
mantiene el equilibrio hídrico de la sangre y
del líquido intersticial. Activa a la amilasa.
• Necesario para la sangre y tejidos.
• Catalizador inorgánico, activa a
las
enzimas. Sustrato para el ATP.
• Antagonista del calcio.
•Aumenta la dureza de los dientes y de los
huesos
Tabla 7. Composición química del cuerpo humano y
principales funciones
Oligolementos
Hierro
0.1 % de la
masa
corporal
0.1
Función
•Componente
esencial de la hemoglobina,
mioglobina, citocromos, proteínas de hierro y
azufre.
• Forma parte de ciertas enzimas
Iodo
trazas
•Son necesarios para la producción de hormonas
Zinc
trazas
• Metaloenzimas, cofactor de la anhidrasa
Cobre
trazas
• Componente del citocromo a, del superoxido
tiroides: T3, T4, T4 libre
carbónica, carboxipeptidasa , superoxido
dismutasa citosólica.
• Indispensable en la estructura de mas de 200
enzimas.
• Inmunológica y división celular
dismutasa citosólica
• Antioxidante convencional
Tabla 7. Composición química del cuerpo humano y
principales funciones
Oligolementos 0.1 % de la
Función
masa
corporal
Manganeso trazas
•Cofactor de la superoxido dismutasa
mitocondrial
•Antioxidante convencional
Cobalto
trazas
•Componente de la vitamina B12
Molibdeno
trazas
•Participa en el metabolismo de purinas,
Selenio
trazas
catecolaminas
•Componente de la peroxidasa glutatión
•Acción antioxidante general
3. Las Biomoléculas
Clasificación
Según la naturaleza química, las biomoléculas
pueden ser:
• Biomoléculas inorgánicas
• Biomoléculas orgánicas o principios
inmediatos
Biomoléculas inorgánicas
•
•
•
Son biomoléculas no formadas por los
seres vivos, pero son imprescindibles
para ellos, como:
El agua, la biomolécula más abundante
Los gases (oxígeno)
Las sales inorgánicas:
Cationes: Amonio (NH4+)
Aniones: Fosfato (HPO4-), Bicarbonato (HCO3−)
Biomoléculas orgánicas o principios
inmediatos
• Son sintetizadas solamente por los seres vivos
y tienen una estructura con base en carbono.
• Están
constituidas,
principalmente,
por
carbono, hidrógeno y oxigeno y con frecuencia
están presentes también el nitrógeno, fósforo
y azufre; a veces se incorporan otros
elementos pero en menor proporción.
Biomoléculas orgánicas
Pueden agruparse en cinco:
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Ácidos
Nucleídos
Vitaminas
BIOMOLECULAS ORGÁNICAS
• Están presentes en las células y tejidos
de animales superiores (hombre).
• Se denominan también biopolímeros.
(Excepto los lípidos)
3.1. Estructura molecular
BIOMOLECULAS
• Presentan
una
estructura
química propia formada por
bases estructurales y unidas a
través
de
enlaces
característicos.
Estructura molecular de las
Biomoléculas
BIOPOLIMEROS
• Moléculas que se forman por la unión
repetida de bases estructurales ó
n- monómeros.
• Presentan elevado peso molecular
“macromoléculas”.
• Por lo general son de forma alargada,
contienen principalmente C, H, O, N,
además pueden contener S, P, en menor
proporción hierro, Cu, Mg, I.
Biopolímeros
• Forman parte de las paredes celulares de
animales (glucógeno) y vegetales (Celulosa).
• Los de origen vegetal son ricos en celulosa y se
forman por la unión de n-glucosas.
• Los de origen animal que contienen 20% de
quitina
están
glucosamina.
formados
por
N-acil-2-
• En el caso de los vertebrados sus células óseas
contienen el biopolímero colágeno formado por
los aminoácidos glicina, prolina, 4-hidroxiprolina.
Biopolímeros
• Son vitales para los organismo vivos.
• Se degradan y se forman con facilidad dentro la
célula para el
crecimiento,
regulación de la misma.
reparación
y
• Entre los biopolímeros de importancia biológica se
indican a los :
• Ácidos nucleicos: ADN, RNA
• Proteínas
• Polisacáridos
• Los lípidos por lo general no son biopolímeros y
no todos los lípidos tienen ácidos grasos como
bases estructurales.
Biopolímeros sintéticos
• Compuestos
orgánicos
que
se
obtienen por reacciones de
adición
y condensación.
• Se forman por la unión de n
monómeros.
Ejemplo: polihexametilenadipamina
“nylon”.
Los polímeros pueden ser de tres tipos
• Polímeros naturales
Están presentes en reino vegetal o animal:
Ejemplos: Celulosa
Almidón
Proteínas
Caucho natural
Ácidos nucleídos
• Polímeros artificiales
Son
el
resultado
de
modificaciones
mediante
procesos químicos, de ciertos
polímeros naturales.
Ejemplos: Nitrocelulosa, etonita, etc.
Los polímeros pueden ser de tres tipos
• Polímeros sintéticos
Se obtienen por procesos de polimerización
controlados por el hombre a partir de materias
primas de bajo peso molecular.
Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo,
polimetano, etc.
Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman
también polímeros, llamados polímero inorgánicos.
Las biomoléculas complejas se forman a
partir de moléculas simples
aminoácido
proteína
glucosa
polisacárido
Ácidos
grasos
lípidos
Las biomoléculas simples se forman por
degradación de las complejas
proteína
aminoácido
polisacárido
glucosa
lípidos
Ácidos
grasos
Las bases estructurales “monómeros y las
biomoléculas “biopolímeros
ACIDOS NUCLEICOS
PROTEÍNAS
POLISACÁRIDOS LIPIDOS
AMINOÁCIDOS
GLUCOSA
ACIDOS
(Base estructural) GRASOS
(Base
estructural)
DNA
Acido
desoxirribonucleico
RNA
Acido ribonucleico
Nucleótidos
(Base estructural)
Desoxirribonucleótido
Ribonucleótido
(Base estructural)
3.2. Funciones principales de las
biomoléculas
• Las biomoléculas orgánicas cumplen diversas
funciones y las mas importantes se resumen a
continuación.
Biomoléculas
Bases estructurales
DNA
desoxiribonucleotido •Material genético
RNA
ribonucleótidos
Proteína
aninoácidos
Polisacáridos
glucosa
glucógeno
Lípidos
ácidos grasos
Funciones principales
•Molde para la síntesis
proteica
•Trabajo celular
•Enzimas
•elementos contráctiles
•Reserva energética
•La glucosa almacena
energía para tiempo
limitado
• Componente
estructural
•Reserva energética
prolongada en forma de
triacillgliceroles
3.3. Composición química normal de un
varón que pesa 65 kg
• El contenido de agua
Kg %
varia en el organismo.
• El hueso sin médula
contiene
agua.
22.5
%
de
• El porcentaje de agua
tiende
a
disminuir
conforme aumenta la
grasa corporal .
proteínas
11
17.0
grasas
9
13.8
carbohidratos
1
1.5
agua
40
61.6
minerales
4
6.1
Por lo general las mismas moléculas complejas
se encuentran en los organismos inferiores
Las bacterias
no contienen glicógeno,
triacilgliceroles,
pero
tienen
otros
polisacáridos y lípidos.
(Recordando) Los principales componentes del
cuerpo humano son:
Proteínas
Agua
Lípidos
Minerales
Carbohidratos
Vitaminas
Ácidos nucleicos
Hormonas
El agua (H2O)
El agua (H2O)
• Entre los constituyentes inorgánicos
de la
nutrición y esenciales para la vida, el agua es el
mas importante.
• El organismo de un adulto requiere de 2 a 3
litros de agua por día.
• Se distribuye a nivel intra y extra celular.
El
agua
intracelular
representa
2/3
aproximadamente del agua que contiene el ser
vivo.
El agua extracelular, se encuentra bañando
las células o circulando en forma de sangre,
linfa y esta representado por una tercera parte.
El agua (H2O)
• Las reacciones químicas celulares,
sistémicas o circulación, y de digestión
se realizan en medio acuoso.
• Es un solvente casi universal porque:
• Disuelve los productos de las
reacciones químicas.
• Disuelve la mayor parte de los
compuestos de las reacciones
biológicas.
El agua (H2O)
• Molécula bipolar
• Forma enlaces por puentes de hidrógeno
con la mayor parte de los compuestos
• Tiene constante dieléctrica elevada y alto
poder de vaporización
Solvente ideal
Reactiva
Regula la temperatura corporal
El agua (H2O)
El agua es un solvente ideal en el organismo.
• Por su naturaleza bipolar
La molécula de agua tiene dos enlace
O-H polares y un momento dipolar neto.
El momento dipolar neto esta determinado
por los tamaños y las direcciones de
los momentos dipolares de cada uno de
los enlaces.
• Por formar enlaces por puentes de hidrógeno
El agua (H2O)
El agua presenta enlace covalente entre átomos distintos que difieren en
electronegatividad
los electrones del enlace se distribuyen en forma no
equitativa. En estos enlaces polares, un extremo tiene carga parcial positiva y el
otro carga parcial negativa.
El agua (H2O)
El contenido de agua varia ampliamente en los
diferentes tejidos
Contenido de agua
Ubicación
%
70
Seres vivos
99
Moléculas de la célula
90
Células cerebrales
22.5
10 a 20
Hueso sin médula
Tejido graso
3.4. Principales funciones de los
constituyentes celulares
La célula es la unidad fundamental de
toda vida
• Las células pueden combinarse para
formar tejidos, estos se pueden agrupar
generando órganos, los que en conjunto
componen un organismo.
• La células cumplen diversas funciones y
en cada parte de la célula se realiza un
función específica.
Principales funciones de los constituyentes celulares
Organelo o fracción
Marcador
Funciones principales
Nucleo
DNA
Ubicación de los cromosomas. Se realiza la síntesis de proteínas
dirigida por el DNA POR TRANSCRIPCIÓN
Mitocondria
Glutámico deshidrogenasa
Ciclo del ácido cítrico
Fosforilación oxidativa
Ribosoma
Alto contenido de
RNA
Sitio
de
la
síntesis
próteíca.
Translación del RNAm a proteína
Retículo endoplasmático
Glucosa -6-fosfatasa
Los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplasmático son
un sitio importante de síntesis de proteína.
Síntesis de varios lípidos
Oxidación de numerosos xenobióticos (Citocromo P-450)
Lisosoma
Fosfatsa ácida
Sitio de almacenaje de muchas hidrolasas, enzimas que catalizan
reacciones degradativas
Membrana plasmática
Na+/K+ -ATPasa 5`Nucleotidasa
Transporte de moléculas dentro y fuera de las células
Adherencia y comunicación intercelular
Aparato de Golgi
Galactosiltranferasa
Distribución intercelular de proteínas.
Reacciones de sulfatación
Peroxisoma
Catalasa. Oxidasa del
ácido úrico
Degradación de ciertos ac. Grasos y aminoácidos
Producción y degradación de H202
Citoesqueleto
No tiene marcadores
ezimáticos específicos
Microfilamentos. Microtúbulos,
Citosol
Lactato deshidrogenasa
Sitio de las enzimas de la glicólisis
Lugar de síntesis de ácidos grasos
Reacciones de glucosilación
filamentos intermediaros
Xenobióticos
• Un gran número de sustancias extrañas a
nuestro organismo (xenobióticos) penetran
por la piel, sangre o pulmones y pueden
ocasionar trastornos inmediatos o a largo
plazo, lo que se evita gracias a que
poseemos sistemas enzimáticos que llevan
a cabo su biotransformación.
Xenobióticos
Biotransformación de xenobióticos
Se realiza básicamente en 2 fases:
• Fase I, catalizada principalmente por el sistema
de monooxigenasas dependiente del citocromo
P450.
• Fase II, en la que participan una serie de
transferasas que catalizan reacciones de
conjugación de los xenobióticos con diversas
moléculas de naturaleza endógena como ácido
glucorónico, sulfatos, acetato, el tripéptido
glutatión o algunos aminoácidos.
Xenobióticos
El objetivo final de ambas fases es aumentar la
solubilidad en agua de los compuestos y así
facilitar su excreción del organismo a través de la
orina o la bilis.
Existen antecedentes que indican que la
actividad y expresión de las enzimas que
participan
en
la
biotransformación
de
xenobióticos están alteradas en distintas
patologías, ya sea producto de la enfermedad, o
de su tratamiento.
Características generales del
citocromo P450
• El sistema de monooxigenasas es un complejo
multienzimático cuya oxidasa final es una
hemoproteína denominada citocromo P450
(CYP).
• Este sistema se encuentra presente en
diferentes tejidos como el riñón, pulmón, piel,
intestino, corteza adrenal, testículos, placenta
y otros, pero es particularmente activo en el
hígado.
Características generales del
citocromo P450
• Además de participar en el metabolismo de
sustratos de naturaleza exógena como drogas,
pesticidas,
procarcinógenos,
anestésicos,
solventes orgánicos, entre muchos otros, el
CYP participa en el metabolismo de sustratos
endógenos de importancia biológica como
colesterol,
ácidos
biliares,
hormonas
esteroidales y ácidos grasos.
Características generales del
citocromo P450
• Además de participar en el metabolismo de
sustratos de naturaleza exógena como drogas,
pesticidas,
procarcinógenos,
anestésicos,
solventes orgánicos, entre muchos otros, el
CYP participa en el metabolismo de sustratos
endógenos de importancia biológica como
colesterol,
ácidos
biliares,
hormonas
esteroidales y ácidos grasos.
• Como se observa en la Figura, • activo en inactivo excretado
aunque la principal función del
CYP es participar en reacciones de
detoxificación transformando un
compuesto farmacoogicamente
por
la
orina,
también
participa en procesos de
activación metabólica, de
manera que compuestos
inertes y poco reactivos son
convertidos en otros de gran
reactividad química que son
tóxicos para el organismo.
Por ejemplo, el acetominofén
(Paracetamol)
es
metabolizado por el CYP2E1
a:
N-acetil-p-benzoquinoneimina
(NAPQI), un compuesto muy
hepatotóxico.
4. Principales Enlaces químicos
Clases de enlaces
1. Enlaces covalentes
1.1. Enlace covalente simple
1.2. Enlace covalente doble
1.3. Enlace covalente triple
2. Enlaces no covalentes
2. 1. Enlace iónico
2. 2. Enlace por puente de hidrógeno
2. 3. Fuerzas de van der Waals
2. 4. Enlaces hidrófobos
Clases de enlaces
1. Enlaces covalentes
•
Relacionan los átomos de una molécula y con las
estructuras de los hidratos de carbono.
•
Estos enlaces se encuentran en
disposiciones dentro de la molécula.
•
La geometría de los enlaces determina la forma
de las pequeñas moléculas biológicas.
•
La distribución de electrones compartidos y no
compartidos en los orbitales externos es uno de
los determinantes de la forma tridimensional y de
la reactividad química de las moléculas
diferentes
Clases de enlaces
2. Enlaces no covalentes
• Son importantes fuerzas estabilizadoras
entre
grupos de átomos dentro de la molécula de mayor
tamaño y entre distintas moléculas.
• Varios tipos de enlaces no covalentes también
son importantes para el mantenimiento de la
estructura tridimensional de las moléculas
grandes como las proteínas, ácidos nucleicos:
ADN. RNA.
• Permiten que una molécula de gran tamaño se
una a otra en forma específica pero de forma
transitoria.
Clases de enlaces
2. Enlaces no covalentes
• Además, son interacciones importantes
para muchos
dinámicos.
procesos
biológicos
• Durante su formación libera energía de 1 a
5 Kcal/mol mucho menor que las energías
de los enlaces covalentes simples, y es
posible que muchas moléculas poseen la
energía suficiente para romper este tipo de
enlace.
• Son denominados también interacciones o
enlaces débiles.
1. Enlaces covalentes
1. Enlace covalente
• Mantienen unidos los átomos dentro de cada
molécula.
• Se forman cuando ambos átomos comparten un
par de electrones y orbitales o electrones de
valencia “covalente”.
• La energía requerida para romper alguno de los
enlaces covalentes
importantes
que se
encuentran en las moléculas biológicas es de 50 a
200 Kcal /mol.
Tipos de enlace covalente: simple, doble y triple.
Los enlaces dobles y triples son más fuertes que
los enlaces simples.
1.1. Enlace covalente simple
• Los átomos comparten un
solo par de
electrones y se representa por una línea
simple.
• Energía de ruptura de enlace de 110 a
50 Kcal / mol.
Ejemplos:
C-H
O-H
H–H
P-O
C-O
C-C
S-H
1.2. Enlace covalente doble
•
Los átomos comparten dos pares de
electrones, se representan por dos líneas.
•
La energía requerida para la ruptura del
enlace esta de 170 a 120 Kcal / mol.
Ejemplos:
C=O
O=N
C=O
P=O
Ejemplos de enlaces simples y dobles
1.3. Enlace covalente triple
• Los átomos comparten tres pares de
electrones, se representan por tres líneas.
• La energía requerida para la ruptura de
alguno de los enlace
de 195 Kcal / mol.
Ejemplos:
N=N
biológica es
C=C
Ejemplos de simple, doble y triple enlace
1.3. Enlace covalente triple
• Los enlaces dobles y triples son mas
fuertes que los enlaces simples, en
consecuencia se requiere de mayor
energía para romperlos porque existe
una menor distancia entre núcleos y
una mayor fuerza de atracción.
• Según su distribución de carga el
enlace covalente puede ser polar y no
polar.
1.3. Enlace covalente triple
Enlace covalente polar
• Cuando la distribución de carga es
equitativa entre los dos átomos
•
Enlace covalente no polar
Cuando la distribución de la carga es
mayor hacia uno de los átomos
2. Enlaces no covalentes
• Determinan la forma de las moléculas
biológicas grandes.
• Estabilizan
moléculas complejas
compuestos por dos o mas moléculas
diferentes.
2. Enlaces no covalentes
2.1. Enlace iónico o enlace electrostático
• Se presenta cuando los átomos están
unidos por la atracción que generan las
cargas eléctricas.
• Los átomos ganan o pierden electrones.
• El átomo que gana electrones se carga
negativamente (anión) y el que pierde tiene
la carga positiva (catión).
2.1. Enlace iónico o enlace electrostático
• Un anión y un catión se atraen por
diferencia de cargas
• Cargas opuestas y se unen por un
enlace de tipo iónico.
Ejemplo cloruro de sodio (Na+Cl- )
Interacciones Electrostáticas
• Se presenta entre
grupos cargados
positivo y negativo
e iones
• Los enlaces iónicos se rompen en
soluciones acuosas.
Ejemplo solución de cloruro de sodio
NaCl + H2 O
Na + + Cl –
ión sodio
catión
ión cloruro
anión
Los enlaces iónicos se producen por atracción
electrostática entre las cargas positiva y negativas de los
iones, En soluciones acuosas todos los cationes y los
aniones están rodeados por una capa estrechamente unida
de moléculas de agua. Los enlaces iónicos se rompen en
soluciones acuosas originando iones Na+ e iones Cl - .
2.2. Enlace por puente de hidrógeno ó
fuerza intermolecular intensa del
orden de 5 kcal/mol
•
Ciertos compuestos que contienen enlaces:
H–N
H–O
H-F
hay un tipo de interacción dipolo- dipolo
bastante especial.
2.2. Enlace por puente de hidrógeno ó fuerza
intermolecular intensa del orden de 5 kcal/mol
Ejemplos:
• El átomo de hidrógeno de una molécula de HF
siendo un centro de carga positiva, es atraído por
un átomo de flúor (de carga negativa) de otra
molécula vecina de HF.
• Este enlace en el que un átomo de H unido por
enlace covalente es la vez atraído por un centro
negativo de otra molécula se denomina enlace por
puente de hidrógeno.
Enlace o puente de hidrógeno
Enlace o puente de hidrógeno
2.2. Enlace por puente de hidrógeno ó fuerza
intermolecular intensa del orden de 5 kcal/mol
• El agua ordinaria (cristalina o hielo)
forma
enlaces
por
puente
de
hidrógeno. Este enlace es mucho mas
fuerte con referencia a la de los
hidruros.
Una molécula de agua se une a cuatro
moléculas vecinas en un arreglo
tetraédrico por puentes de hidrógeno.
Estructura química del agua
2.2. Enlace por puente de hidrógeno ó fuerza
intermolecular intensa del orden de 5 kcal/mol
• El enlace por puente de hidrógeno puede ser:
Intramolecular
Cuando los dipolos pueden estar en la misma
molécula.
Ejemplo: Las proteínas
Intermolecular o en diferentes moléculas
• Por ser un enlace débil no forma moléculas, no
puede determinar la forma tridimensional.
• Permite estabilidad a la estructura de los
compuestos por ejemplo en el agua.
2.3. Fuerzas de van der Waals
•
Llamada también Fuerzas Intermoleculares débiles.
• Se forman dipolos por la cercanía de las moléculas
• Una de las moléculas de la unión deforma a la otra en su
densidad electrónica originando dipolos y haciendo que las
moléculas se atraigan entre sí.
• Se forman entre dipolos inducidos no permanentes de
enlaces covalentes poco polares como C – H y presentan
poca diferencia electronegativa entre átomos.
• La energía de las fuerzas atractivas de van der Waals es
inferior a la que se presenta en los enlaces por puente de
hidrógeno.
Fuerzas intermoleculares
de Van der Waals
Entre moléculas neutras
2.4. Enlaces apolares o hidrofóbicos
• Este tipo de enlace hace que las moléculas no
polares se adhieren entre sí.
• Las moléculas no polares no contienen iones, no
poseen momento dipolar ni se hidratan, son
insolubles o casi insolubles en agua:
“hidrófobos – temor al agua”.
Los enlaces covalentes entre:
C–C C–H
son enlaces no polares mas comunes de los
sistemas biológicos.
Ejemplo de enlace covalente no polar
Los hidrocarburos, moléculas formadas solo
por C e H, son casi insolubles en agua.
Ejemplos de biomoléculas que presentan grupos polares y no
polares.
2.4. Enlaces apolares o hidrofóbicos
• Los hidrocarburos, moléculas formadas solo por C e H,
son casi insolubles en agua.
• Un triacil glicerol componente de la grasa animal como la
triestearina es insoluble en agua, aunque sus seis átomos
de oxígeno participan en ciertos enlaces ligeramente
polares con átomos de carbono adyacentes.
• Triestearina + agua + agitación -> la grasa forma una fase
separada similar a la separación entre el aceite y un
vinagre con base acuosa, en un condimento para
ensalada.
• Una molécula no polar es incapaz de formar enlaces de
hidrógeno con las moléculas de agua.
2.4. Enlaces apolares o hidrofóbicos
• La fuerza que produce la unión en moléculas o
porciones no polares de moléculas hidrófobas, en
lugar de su disolución en agua se denomina
enlace hidrófobo.
• Este tipo de enlace es el resultado de la energía
requerida para insertar una molécula no polar en
el agua.
• Es la fuerza energética que permite la dispersión
de una sustancia hidrofóbica
polar como el agua.
en un disolvente
El triacil glicerol componente de la grasa animal como la
triestearina es insoluble en agua, aunque sus seis átomos
de oxígeno participan en ciertos enlaces ligeramente
polares con átomos de carbono adyacentes
Interacciones hidrofóbicas
Dependen de la elevada entropía del agua
Enlaces múltiples
Las biomoléculas
orgánicas mantienen
su integridad por la
presencia de enlaces
Múltiples.
Ejemplo de enlaces múltiples
5. Grupos funcionales de las
principales biomoléculas
• Tipo de enlaces
• Estructura
• Grupos funcionales
Principales grupos funcionales
5.1. Hidratos de Carbono
Clasificación
Hidratos de carbono
(glúcidos)
Ósidos
Monosacáridos
u osas
Aldosas
Ej. glucosa
unión de varios monosacáridos a través
de enlaces "O-glicosídicos.“ u otros
compuestos diferentes
Cetosas
Ej. fructosa
HOLÓSIDOS
Solo contienen C,H,O
HETERÓSIDOS
Otros derivados
Oligosacáridos
Formados entre 2 y 10
monosacáridos
lactosa, sacarosa
maltosa, celobiosa
Polisacáridos
Formados por un gran
número de monosacáridos
Formados por osas
Además de C,H,O tienen otros
elementos químicos
almidón
celulosa
glucógeno
Estructura química y tipo de enlace de un
disacárido
• En la naturaleza los dos disacáridos más comunes
son:
• lactosa
• sacarosa
principal azúcar de la leche
principal producto de la fotosíntesis
vegetal y se refina para dar el
azúcar común de mesa
• Un disacárido esta constituido por dos monosacáridos
unidos mediante un puente C – O – C denominado enlace
glucosídico y estos pueden ser del tipo alfa o beta.
-C–O–C
-
Los enlaces alfa y beta ligan
monosacáridos
glucosa + galactosa
lactosa
+ agua
glucosa + fructosa
sacarosa + agua
glucosa + glucosa
maltosa
+ agua
Lactosa. (B - D- galactopiranosil- (1
4)- D- glucopiranósido)
• Lactosa. (B - D- galactopiranosil- (1
Lactosa. (B - D- galactopiranosil- (1
4)- D- glucopiranósido)
4)- D- glucopiranósido)
Sacarosa
Sacarosa. (alfa- D- glucopiranosil- (1
2)- Beta-D- fructofuranosido)
alfa
1
4
Maltosa. (alfa- D- glucopiranosil- (1
4)- D- glucopiranósido)
Otros disacáridos de interés biológico
B
4
1
Los enlaces alfa y beta ligan monosacáridos
• Los enlaces glucosídicos unen el carbono 1 de un
monosacárido al grupo hidroxilo del carbono 4 de
otro azúcar para formar disacáridos ó polisacáridos.
• La unión se realiza con pérdida de una molécula de
agua.
glucosa + glucosa
maltosa enlace alfa (1- 4)
Los enlaces glucosídicos también unen
cadenas de monosacáridos para formar
largos polímeros o polisacáridos.
• En teoría
son posibles muchos
enlaces glucosídicos distintos entre dos
restos de azúcar, pero las enzimas que
forman y rompen estos enlaces son
específicas para el anómero alfa y beta
de un azúcar y un particular grupo
hidroxilo del otro.
Los hidrato de carbono de reserva más común
En las células animales es el glucógeno y en los vegetal es el
almidón.
Glucógeno
• Polímero muy largo y ramificado de unidades de glucosa
•
unidos por enlaces glucosidicos alfa (1
4).
Hasta el 10% en peso del hígado puede ser glucógeno.
Almidón
• Polímero de glucosa con uniones alfa (1
4), que
a parece en dos formas.
• amilosa no ramificada
• amilopectina con algunas ramificaciones
Enlace glucosídico 1-4
Polímero largo y ramificado de unidades de glucosa
unidos por enlaces glucosídicos alfa (1
4)
Los hidrato de carbono de reserva más común
• A diferencia del glucógeno y el almidón, algunos
polisacáridos como
estructurales y de
almacenamiento.
la celulosa tienen funciones
otros
tipos, distintos del
Celulosa
• Polímero no ramificado de glucosa unidas entre sí por
enlaces glucosídicos beta (1
4)
• Es el principal constituyente de las paredes de las células
vegetales y el compuesto
abundante sobre la tierra.
químico
orgánico
mas
• La presencia de los distintos enlaces
entre las unidades de glucosa
“polisacáridos” origina formas diferentes.
•
El glucógeno y almidón forman hélices
arrolladas.
• La celulosa forma largos bastones.
Enlace glucosídico B (1-4)
Las cadenas lineales son uniones alfa 1-4 y las uniones
de las ramificaciones son alfa 1-6.
Grupo funcional hidratos de carbono
• Compuestos
enlace
naturales
carbonilo
• Aldehído
H
/
C
/
R
/
C
/
con
=O
• Puede ser del tipo:
Aldehído: Carbón primario
Cetona: Carbón secundario
=O
• Cetona
R
/
C= O
/
R´
• La glucosa es uno de los
monosacáridos más
importantes para el
organismo.
Piranosa alfa
• Es llamada también
“azúcar de la sangre” .
De manera reversible, la
forma cíclica o piranosa
como la glucosa-alfa se
puede transformar en
glucosa de cadena
abierta.
• La glucosa de cadena
Piranosa beta
abierta en
glucosa
cíclica
o
glucosa-beta como se
observa en la figura.
Ejemplos de azucares, estructura química lineal y condensada
Estructura química de aldosas y cetosas
Ejemplos de monosacáridos de interés biológico
5.2. Aminoácidos y proteínas
5.2.1. Estructura química y grupo funcional
de los aminoácidos
Representación espacial por esferas y bastoncillos
de un alfa aminoácido
4.2. 2. Estructura química de un dipéptico
La figura
muestra
la condensación de 2
aminoácidos para formar un dipéptido y el enlace
que los une se denomina enlace peptídico que
forma entre el grupo carboxilo de un áminoácido y
el grupo amino de otro aminoácido.
En la figura se observa la estructura molecular de los
aminoácidos lisina y glutamina unidos por enlaces polares
4.2. La unión de n-alfa aminoácidos forman una
proteína
H
O
| alfa
||
Monómero alfa- aminoácido
H2N - C- C - OH
|
Aa
R1
Aa
R1
R2
Aa
R3
Aa
R4
péptido + péptido
biopolímero
dipéptido
n-péptidos
proteína
Estructura molecular de una proteína
5.3. L í p i d o s
5.3. L í p i d o s
• Conforman un grupo grande y heterogéneo de
sustancias de origen biológico.
• Son fácilmente solubles en solventes orgánicos:
Metanol
Acetona
Benceno
Cloroformo
• No se disuelven en agua o se disuelven con
dificultad porque carecen de átomos ionizables
como el
en su estructura.
O, N, S y el P
Clasificación
Lípidos
Hidrolizables
No hidrolizables
Ester simple
Hidrocarburos
Grasas
Ceras
Esteres de los esteroles
Alcanos
Carotenoides
Fosfolípidos
Fosfatidatos
Fosfátidos
Esfingolípidos
Glucolípidos
Cerebrósidos
Gangliosidos
Alcoholes
Alcanoles de cadena larga
Esteroles cíclicos: Colesterol
Esteroides: Estradiol,
Testosterona
Ácidos
Ácidos grasos
Eicosanoides
Lípidos hidrolizables
1. E s t e r e s s i m p l e s
Grasas o triacil gliceroles:
Ceras:
1glicerol y 3 ácidos grasos
1 alcohol graso y ácidos grasos
Esteres del esterol: 1 esterol y ácidos grasos
2. Esteres complejos con un grupo fosfato
característico
2.1. F o s f o l í p i d o s
Fosfatidatos:
1 glicerol, 2 ácidos grasos y 1 fosfato
Fosfátidos:
1 glicerol, 2 ácidos grasos, 1 fosfato y
1 amino alcohol
En
los
que
el
glicerol
y
un
resto
acilo
Esfingolípidos:
se sustituyen por la esfingosina
Glucolípidos:
Esfingosina, ácido grasos y un
azúcar
Cerebrósidos:
Esfingosina ácidos grasos y un
azúcar
Gangliósidos:
Esfingosina, ácidos grasos, y varios azúca
res entre ellos el ácido neurámico, NANA.
Los diferentes grupos de estos compuestos
están unidos por un enlace ester y pueden
ser hidrolizados
por medios
químicos o
enzimáticos.
Ejemplo de lípidos
Formación de las grasas
1
2
propano triol
(glicerol)
propanoico
(monoacilglicerol)
Estructura química de un lípido hidrolizable: triacil glicerol
(triglicérido)
1
c
2
3
grasa
El triglicérido en presencia de agua se hidroliza formando
glicerol y tres moléculas de ácidos grasos
Grasas
• También llamadas acilglicéridos.
• Son compuestos formados por glicerina
(propanotriol) esterificada con una, dos o tres
moléculas de ácidos grasos como:
monoacilglicéridos
diacilglicéridos
 triacilglicéridos
Grasas
Los triacilglicéridos son las grasas más
abundantes, pueden tener los tres ácidos
grasos iguales -como en el caso de
la tripalmitina, que contiene tres moléculas
de ácido palmítico- o diferentes.
• La mayoría de las grasas naturales son mezclas
de elevada complejidad.
Grasas
• Las grasas son moléculas apolares y
prácticamente insolubles en agua,
debido a que los grupos hidroxilo (-OH)
de la glicerina, que son polares, están
unidos mediante un enlace éster a los
grupos carboxilo (-COOH) de los ácidos
grasos.
Grasas
Según su punto de fusión, las grasas se
clasifican en:
Grasas de origen vegetal
 Contienen, fundamentalmente, ácidos
grasos insaturados, lo que favorece que el
punto de fusión sea bajo y que
sean líquidos a temperatura ambiente.
 Abundan en las semillas de vegetales
(girasol, maíz, soja o sésamo) y en los
frutos (aceitunas).
Grasas
Grasas de origen animal.
• Principal reserva energética tanto en los animales
•
como en los vegetales.
Se acumulan en vacuolas en las células vegetales, y
en los mamíferos lo hacen en células especializadas del
tejido adiposo denominados adipocitos.
• Sin embargo, otras moléculas, como el glucógeno y el
almidón, son consideradas las principales fuentes de
energía directa por su rápida movilización al ser
solubles en agua, el aporte energético de las grasas es
muy superior. Cada gramo de grasa libera 9 kcal, frente
a 3,75 kcal (4 kcal) que aporta la misma cantidad de
glúcido.
Grasas
• Grasas de origen animal.
En su mayoría, contienen ácidos grasos
saturados, poseen puntos de fusión
elevados y a temperatura ambiente
son sólidas, como por ejemplo, la
mantequilla o los sebos animales.
Ceras
• Las ceras son ésteres de los ácidos
grasos de cadena larga (14 y 36 átomos
de Carbono) con alcoholes de peso
molecular elevado (con 16 a 30 átomos
de carbono), es decir, son moléculas que
se obtienen por esterificación, reacción
química entre un ácido carboxílico y un
alcohol, que en el caso de las ceras se
produce entre un ácido graso y un
alcohol monovalente lineal de cadena
larga.
• La temperatura de fusión de la cera es de por
encima de 45 ºC formando un líquido de baja
viscosidad.
• Debido a que los dos extremos de la cadena
tienen naturaleza hidrófoba, son sustancias
insolubles en agua pero solubles en disolventes
no polares, orgánicos
• Realizan funciones de protección y de
revestimiento.
• Todas las ceras son compuestos orgánicos,
tanto sintéticos y de origen natural.
• En los animales vertebrados, la cera
recubre la superficie e inpermebilzan el
cuerpo, piel, el pelo, plumas, etc. Y en
los insectos, el exoesqueleto.
• En vegetales las ceras recubren en
la epidermis de frutos, tallos, junto con la
cutícula o la suberina, que evitan la
pérdida de agua por evaporación en las
plantas.
•
Otro ejemplo es la cera de abeja, constituida por:
un
alcohol
(C30H61OH)
y
ácido
palmítico
(CH3(CH2)14COOH).
• Organismos que forman plancton son ricos en
ceras, por esta razón, los animales marinos de
regiones frías, cuyo alimento principal es el
plancton, acumulan ceras como principal reserva
energética.
• Industrialmente,
se utilizan ceras como la
lanolina (grasa obtenida de la lana de oveja) o el
aceite de esperma de cachalote para fabricar
suavizantes y lubricantes.
Esteres complejos con un grupo fosfato característico. Fosfolípidos, como
los Fosfatidatos presenta en su estructura 1 glicerol, 2 ácidos grasos y un
grupo fosfato.Además por la particularidad de sus estructura tiene una cabeza
polar y la parte final no polar
Ejemplos de Ácidos carboxílicos ramificados
Estructura química de lípidos no hidrolizables
(Esterol cíclico)
(Esteroide)
•β-D-Galactosilceramida, un
galactocerebrósido; R es la cadena
alquílica del ácido graso
• Los ácidos grasos son los ácidos mas
importantes entre los lípidos. A este grupo
pertenecen también los eicosanoides que
son derivados del ácido araquidónico un
ácido graso insaturado.
• El ser humano no puede sintetizar algunos
lípidos siendo necesario incluirlos en su
alimentación
como
nutrientes
indispensables, en forma de ácidos grasos
esenciales o como vitaminas liposolubles.
Ácidos grasos y grasas
1. Ácidos carboxílicos
Ácidos grasos y grasas
1. Ácidos carboxílicos
Ácidos grasos naturales
•
Son denominados ácidos carboxílicos
• Están formados por cadenas hidrocarbonadas
largas no ramificadas de 4 a 24 átomo de carbono.
• Están presentes en todos los organismos como
constituyentes de las grasas y como lípidos de
membrana.
• En estos compuestos están esterificados con
alcoholes: glicerol, esfingosina o colesterol.
• También pueden presentarse en forma no
esterificada en pequeñas cantidades.
Ejemplo: En la sangre se encuentran como ácidos
grasos
libres y como estos son intensamente
anfipáticos se presentan unidos a las proteínas.
• En las plantas o animales superiores se encuentra
principalmente
como ácidos grasos no
ramificados de cadena larga con 16 a 18 átomos de
carbono como el ácido palmítico
y esteárico
respectivamente.
• El número de átomos de carbono de los ácidos
grasos de cadena larga es siempre par debido a
que su síntesis tiene lugar a partir de unidades de
2 carbonos.
Son compuestos insaturados porque contienen
uno o más dobles ligaduras aisladas entre
carbonos y el carboxilo es el grupo funcional de los
ácidos.
R - COOH
grupo carboxilo
R = n átomos de carbono
-C-C=C-C- C-C- C=C-COOH
Los ácidos grasos insaturados muy comunes son
los ácidos oleico y el linolénico que contienen 18
átomos C.
• De los isómeros cis-trans posibles en las
dobles ligaduras, la forma cis es la que se
encuentra en los lípidos naturales.
Los ácidos grasos ramificados son los que
se encuentran en las bacterias.
Los ácidos grasos esenciales
Son compuestos que deben administrarse con la dieta y
son poliinsaturados
Se puede
convertir en ácido
araquidónico
Ácidos grasos
esénciales
Se puede
convertir en ácido
araquidónico
Linolénico
C18 (18: 3; 9,12,15)
Linoleico
C18 (18: 2; 9,12)
Araquidónico
C20
20: 4; 5, 8,11,14
Debe formar
Parte de la dieta
habitual
No se
transforma
Requeridos
para la síntesis de
eicosanoides
Estructura molecular acido graso
Función biológica
Combustible
Son importantes portadores de la energía de los alimentos
Representa la reserva energética mas significativa de los
animalles: 9.3 kcal/g.
La oxidación total genera energía en forma de ATP, CO2 y H2O.
Material
estructural
Algunos lípidos anfipáticos son utilizados por la célula
para la formación de membranas: fosfolípidos,
glucolípidos, colesterol.
Material
aislante
Funciones
especiales
Las grasas se localizan en el tejido subcutáneo y alrededor de
los diferentes órganos para su aislamiento térmico y mecánico.
La impermeabilidad de las membranas lipídicas a los iones
permite la formación del potencial eléctrico de membrana
Función señal: Ej.,esteroides eicosanoides, y algunos metabolitos de los fosfolípidos.
Actúan como hormonas, mediadores y segundos mensajeros.
Disolventes de vitaminas. Algunos lípidos de las membranas
son fijadores de proteínas. Actúan como cofactores: Vita K.
5.4. Ácidos nucleicos
6. Bioquímica y Nutrición
5.1. Introducción
5.2. Nutrientes
6.1. Introducción
¿Para qué nos alimentamos?
Si pensamos en todo lo que hacemos durante el
día ………
…… y en lo que realiza nuestro organismo
respirar
oír
ver…….
mientras la sangre circula por el cuerpo
realizando funciones importantes………….
………... comprendemos que nuestro organismo
funciona continuamente hasta cuando dormimos.
Como todo ser vivo, el hombre necesita
alimentarse…………
Para:
•
Reponer las pérdidas
de materia viva consumida
por la actividad del organismo.
• Producir las sustancias necesarias para la
formación de nuevos tejidos, favoreciendo el
crecimiento.
• Transformar
la
energía contenida en
los
alimentos
en
calor, movimiento y
trabajo.
……¿Que alimentos debemos consumir?
• Carbohidratos
• Lípidos
• Proteínas
• Minerales
• Agua
• Sales
• Vitaminas
• Fibra
CARBOHIDRATOS
6.2. N u t r i e n t e s
¿Y por que debemos consumir todos
estos alimentos ?
Porque nos proporcionan sustancias
químicas “nutrientes” que son
necesarios para el organismo.
•
Los carbohidratos son estructurales
valor energético (4 kcal/g).
y de alto
• Las proteínas son formadoras y reparadoras
(valor energético es de 4Kcal/g).
• Los lípidos y grasas formadores y energéticos
(9kcal/g).
• Las vitaminas sustancias químicas complejas,
que en cantidades mínimas son indispensables
para el buen funcionamiento del organismo.
• Aguas, sales y minerales en proporciones
variables son importantes para el equilibrio de las
funciones del organismo y actúan como
reguladores.
¿Qué alimentos nos proporcionan
estos nutrientes?
Clasificación
de los alimentos
según su origen
Vegetal
•Verduras
•Frutas
•Cereales
Animal
•Carnes
•Leche
•Huevos
Mineral
•Sales
•Agua
•Minerales
Alimentos que proporcionan a nuestro organismo mutrientes que
son indispensables para su funcionamiento y desarrollo.
Hidratos de
carbono
Proteínas
aminoácidos
pan
harinas
azúcares
pasta
carnes
huevos
lácteos
legumbres
Alto
valor
energético
Necesarios para
el crecimiento
y formación de
los tejidos
Lípidos
grasas
aceites
Productores
de energía
Agua
sales y
minerales
Proporciones
variables
Para el
equilibrio
de las
funciones
Vitaminas
sustancias
químicas
complejas
Indispensables
para el normal
funcionamiento
• Una buena alimentación
debe ser equilibrada y
completa, es decir
deben estar presentes
todos los grupos
mencionados y cubrir
todas las necesidades
del individuo.
¿Qué es un alimento?
Alimento
• Alimento es toda sustancia natural o procesada
que contiene nutrientes en cantidades
y proporciones muy variadas
como ser carbohidratos,
proteínas, lípidos , vitaminas,
agua, sales, minerales y fibra,
destinados a ser consumidos.
• En el organismo los alimentos se degradan,
absorben, distribuyen, se metabolizan y se
excretan.
• El alimento es toda sustancia sólida o líquida
normalmente ingerida por los seres vivos con los
siguientes fines:
Nutricionales : Que permiten la regulación del
metabolismo y mantenimiento de las
funciones.
Fisiológicas: Para el mantenimiento de la
temperatura corporal.
Psicológicos: satisfacción y obtención de sensaciones
gratificantes.
• Estos dos fines no han de cumplirse simultáneamente
para que una sustancia sea considerada alimento.
• Las bebidas alcohólicas no tienen interés
nutricional, pero sí tienen un interés fruitivo. Por
ello, son consideradas alimento.
• Por el contario, no se consideran alimentos las
sustancias que no se ingieren o que, una vez
ingeridas, regulan o alteran las funciones
metabólicas del organismo como:
•
la goma de mascar
• el tabaco
• los medicamentos
general
o
drogas
en
• Los alimentos son el objeto de estudio de diversas
disciplinas.
• Los estudios de biología, fisiología,
en especial
bioquímica y nutrición permiten comprender que
alimentos debemos consumir así como comprender los
mecanismos de digestión y metabolización de los
alimentos y, así como la eliminación de los desechos
por el organismo.
• La ecología estudia las cadenas alimentarias.
• La química de alimentos analiza la composición de los
alimentos y los cambios químicos que experimentan
cuando se les aplican procesos tecnológicos.
• La tecnología de los alimentos que estudia la
elaboración, producción y manejo de los productos
alimenticios destinados al consumo humano.
Objetivos
• Mantener la vida, salud
y el crecimiento normal
de todo ser vivo.
• Aportar energía y nutrientes
que el organismo requiere
para formar nuevas
sustancias, almacenarlas o
degradarlas según sus
necesidades.
• Aportar energía para el
funcionamiento continuo
de los procesos bioquímicos
y de materiales adecuados
para la construcción de
nuevas células.
¿Como lograr mantener la vida saludable y un
crecimiento normal ?
• Como algunos nutrientes son indispensables
para la vida, estos deben ser administrados en
forma continua con la alimentación.
• Según la OMS y diferentes Comités de
Expertos
Nacionales
han
elaborado
recomendaciones sobre los requerimientos
mínimos diarios de estas sustancias.
Requerimiento de energía de los seres
humanos
Requerimiento diario para adultos con peso corporal normal
Valor promedio ( 1 Kcal = 4 187 Kj )
Mujeres
9.200 Kj
2.200 Kcal
Hombres
12.600 Kj
3.000 Kcal
Deportistas de alto rendimiento
pueden aumentar de:
12. 000 a 17.000 Kj o mas
Deportistas de alto rendimiento
pueden aumentar de:
12. 000 a 17.000 Kj o mas
Proporción recomendada con el suministro de
energía
Límite consumo diario
60 g hombres
50 g mujeres
Proteínas
15 a 20 %
Hidratos de
Carbono 50 a 55%
Se recomienda que alrededor de la mitad de energía se administre en
forma de hidratos de carbono, como máximo un tercera parte en forma
de grasas y a la otra parte en forma de proteínas.
Las bebidas alcohólicas pueden contribuir al suministro
diario de energía
El Etanol se encuentra en las
Frutas en mínimas cantidades
Las bebidas alcohólicas contiene
mayor contenido de etanol
El Etanol tiene un valor
calórico de 30 Kj.
El etanol se distribuye rápidamente en el organismo. Especialmente en el músculo
y cerebro. En el tejido adiposo y óseo muy poco. Se metaboliza en el hígado.
La bebidas alcohólicas pueden contribuir con el aporte energético en le nutrición
especialmente en personas alcohólicas .
Recomendaciones
Los científicos y expertos recomiendan:
• Comer alimentos variados para mantener el
peso ideal.
• Evitar el exceso de grasas y aceites, grasas
saturadas y colesterol.
• Comer alimentos con suficiente almidón y fibra.
• Evitar el exceso de azúcar y sodio, y en caso
de beber alcohol hacerlo moderadamente.
¿Los alimentos nos aportan energía y como se
expresa esa energía?
En calorias (Kcal) ó
Joule o Kilojoule
Caloría
Es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de 1 gramo de agua en un grado
centígrado: de 14,5 a 15,5 ° C.
A veces se especifica otro intervalo de temperaturas.
La definición más habitual en termoquímica es que
1 caloría es igual a 4,1840 julios (J).
¿Qué son los nutrientes?
• Los nutrientes o principios alimenticios son
todas las sustancias integrantes normales de
los alimentos.
Ejemplo
 el almidón de los vegetales (glucosa)
 la grasa de la leche
 los aminoácidos de las proteínas
 minerales, sales
 el agua de los alimentos
“Se define como nutriente a toda aquella
sustancia que bioquímicamente es esencial
para el sostenimiento de los organismos vivos.
En la Tierra se considera que los seres vivos
adquieren dos tipos de nutrientes: los simples
o micronutrientes, y los complejos o macro
nutrientes.”
Nutrientes esenciales
Se clasifican en cinco grupos principales:





proteínas
hidratos de carbono
grasas
vitaminas
minerales
Estos grupos comprenden un total aproximado de 45 y 50 sustancias
que los científicos consideran esenciales para mantener la salud y un
crecimiento normal.
Aparte del agua y el oxígeno, incluyen también 9 aminoácidos
constituyentes de las proteínas, cuatro vitaminas liposolubles A,D,E,K; y
diez hidrosolubles, unos diez minerales y tres electrólitos.
Los carbohidratos son una fuente de energía, pero no se consideran
esenciales, ya que para este fin se pueden transformar proteínas.
•
Un nutriente es esencial para un organismo cuando este no
puede ser sintetizarlo en cantidades suficientes y
debe ser obtenido de una fuente externa o ingesta de
alimentos.
Aminoácidos escenciales
ácidos grasos escenciales
Vitaminas y minerales
• Los nutrientes requeridos en grandes cantidades que
son llamados macronutrientes (CH, lípidos, Proteínas,
AN) y los que son requeridos en cantidades mas
pequeñas como micronutrientes (vitaminas y
minerales; y entre este ultimo como macrominerales y
microminerales).
¿Qué son los nutrientes esenciales o principios
nutritivos?
• Son sustancias integrantes del organismo,
cuya ausencia del régimen o su disminución
por debajo de un límite mínimo, ocasiona
después de un tiempo variable una
enfermedad carencial.
Ejemplos de nutrientes esenciales
Algunos
aminoácidos
Calcio
Hierro
vitamina A
Química del estado viviente
“Ganarás tu pan con el sudor de tu
frente hasta que retornes a la tierra,
pues de ella fuiste sacado. Polvo eres,
y en polvo te convertirás”
Génesis 3:19
•
La existencia humana permanece por la
relación entre hombre y la naturaleza y sus
leyes.
• Un organismo vivo logra mantener una entropía
baja dentro de sí, pudiendo resistir así, aunque
sólo temporalmente, la tendencia universal de
alcanzar un estado de equilibrio en que la
entropía y el desorden llegan a un máximo.
• Para mantener el alto grado de orden que es
característico del estado viviente se requiere de
las información de la herencia, de la energía de la
reactividad bioquímica y de los materiales
adecuados para construir células
Referencia Bibliográfica
• Murray, Granner, Rodwell. Harper Bioquímica Ilustrada. Editorial.
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