BIOQUIMICA AGROPECUARIA - Udabol Virtual

Ing. Apolinar Manu Garcia Mcs.
INGENIERI A AGRONOMICA.
RED NACIONAL UNIVERSITARIA
UNIDAD ACADÉMICA DE SANTA CRUZ
FACULTAD DE CIENCIAS AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
Ingeniería Agronómica
SEGUNDO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA DE
BIOQUÍMICA AGROPECUARIA
Elaborado por: Ing. Apolinar Manu García Mcs.
Gestión Académica II/2014.
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UDABOL
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
Acreditada como PLENA mediante R.M. 288/01
VISION DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad
y Competitividad al servicio de la sociedad
Estimado (a) alumno (a):
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes
han puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte
una educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor
tus procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos.
Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo
Aprobado por:
Fecha: Agosto de 2014.
SELLO Y FIRMA
JEFATURA DE CARRERA
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INGENIERI A AGRONOMICA.
SYLLABUS
Asignatura:
Bioquímica Agropecuaria
Código:
ZOT-213
Requisito:
ING-113
Carga Horaria:
80 Horas
Horas teóricas
40 Horas
Horas prácticas
Créditos:
40 Horas
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I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA.

Estudiar y valorar las estructuras, composición, reacciones químicas y funciones de las diversas
moléculas o compuestos orgánicos e inorgánicos presentes en células y organismos vivos. Para
una comprensión somera de la vida y uso en la industria, alimentación, control y prevención de
enfermedades de la materia viviente.
II. PROGRAMA ANALITICO DE LA ASIGNATURA.
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA
1.1. Introducción e investigaciones bioquímicas.
1.2. Importancia del estudio de la bioquímica.
1.3. Desarrollo histórico de la bioquímica.
1.4. Composición química de los vegetales y animales.
1.5. Elementos biogenésicos
1.6. Elementos estructurales
1.7. Elementos electrolíticos
1.8. Principios inmediatos
1.8.1.Elementos orgánicos
1.8.2.Elementos inorgánicos o minerales
1.8.3. El agua
1.8.4. Osmosis
1.8.5. Presión osmótica
1.8.6. Difusión y diálisis
1.9. La célula y sus componentes.
1.9.1. Composición química.
1.9.2. Principales estructuras.
1.10. El metabolismo celular.
UNIDAD II: MACROMOLECULAS ORGÁNICAS O CARBOHIDRATOS (LOS GLUCIDOS).
2.1. Generalidades de los glucidos.
2.2. Funciones de los glúcidos.
2.3. Importancia fisiológica de los glucidos
2.4. Clasificación de los glucidos.
2.5. Estructuras de los glucidos.
2.6. Metabolismo (anabolismo (fotosíntesis) y catabolismo) de los glucidos.
UNIDAD III: LOS LÍPIDOS (GRASAS Y ACEITES).
3.1. Generalidades y función.
3.2. Clasificación de los lípidos.
3.3. Ácidos grasos
3.4. Ácidos grasos no saturados.
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3.5. Ceras.
3.6. Fosfolípidos.
3.7. Oxidación de ácidos grasos.
3.8. Lecitina.
3.9. Cerebrosidos.
3.10. Gangliosidos.
3.11. Lipoproteínas.
INGENIERI A AGRONOMICA.
UNIDAD IV: PRÓTEINAS
4.1. Introducción.
4.2. Proteínas de origen vegetal.
4.3. Funciones de las proteínas.
4.4. Aminoácidos esenciales y no esenciales.
4.5. Pépticos, constitución. Pépticos naturales.
4.6. Proteínas fibrosas y globulares.
4.7. Colágeno y elastina
4.8. Hemoglobina
4.9. Sangre, globulinas y orina.
4.10. Hidrólisis de las proteínas.
UNIDAD V: ACIDOS NUCLEICOS.
5.1. Los cromosomas.
5.2. Estructura de los ácidos nucleicos.
5.3. Bases púricas y pirimidicas.
5.4. Estructura del ADN Y ARN.
5.5. Ácido ARN mensajero.
5.6. Ácido ARN de transferencia.
5.7. Ácido ARN ribosómico.
UNIDAD VI: LOS ENZIMAS.
6.1. Introducción y desarrollo de la enzimología.
6.2. Funciones de los enzimas.
6.3. Coenzimas comunes.
6.4. Para reacciones enzimáticos.
6.5. Pro enzimas.
6.6. Isoenzimas
6.7. Regulación de la actividad enzimático.
6.8. Factores que influyen sobre la velocidad de reacción enzimático.
6.9. Inhibición enzimático
UNIDAD VII: LAS VITAMINAS
7.1. Introducción a las vitaminas.
7.2. Clasificación de las vitaminas
7.2.1. Vitaminas liposolubles.
7.2.2. Vitaminas hidrosolubles.
7.3. Pro vitaminas.
7.4. Composición química.
7.5. Fuentes vitamínicas.
UNIDAD VIII: LA FERMENTACIÓN Y LA DIGESTIÓN ANIMAL
8.1. Introducción.
8.2. Respiración y fermentación.
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8.3. Fermentación de la glucosa.
8.4. Fermentación alcohólica.
8.5. Fermentación láctica.
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III. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA.
●
PROCESUAL O FORMATIVA.
A lo largo del semestre se realizarán 2 tipos de actividades formativas:
Consistirán en clases teóricas, exposiciones, repasos cortos, trabajos grupales, (resolución de casos
y Dif´s).
La participación y la calidad de los trabajos resultantes de estos dos tipos de actividades se tomaran
como evaluación procesual calificándola sobre 50 puntos independientemente de la cantidad de
actividades realizadas por cada alumno. Bajo la siguiente ponderación:



Participación. 10 %.
Calidad de trabajo y/o contenido. 20 %.
Instrumentos y/o medios utilizados 20 %.
. DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE O SUMATIVA (examen
parcial o final)
Se realizarán 2 evaluaciones parciales con contenido teórico y práctico sobre 50 puntos cada una. El
examen final consistirá en un examen escrito con un valor del 40% de la nota y la presentación de los
informes y documentos del proyecto con el restante 10%.
IV. BIBLIOGRAFIA BASICA.



Conn, E. E., ET AL. Bioquímica Fundamental. Ed. Noriega, México. 2000. (574.192 C74)
Murray, R.K., D.K.Granner, A.M MAYES, y V.W. RODWELL, Bioquímica de Harper. 14ª
edición. Ed. El Manual Moderno. México, D.F. 2000. (574.192 M96)
BohinskI, R. Bioquímica. s/e. 1998. (574.192 B63)
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA.





Barcelo Coll, J., G. N. Rodrigo, B. Sabater García, y Sánchez Tamés. Fisiología Vegetal. 5º
edición. Ediciones Pirámide, Madrid. 1988
Horton, H. R., L. A. MORAN, R. S. OCHS, J. D. Rawn, y K. Scrirngeour. Bioquímica.
Prentice-Hall Hispanoamericana, México. 1995
Lehninger, A., D. Nelson y M. COX. Principios de Bioquímica. Ed. Omega, Barcelona.
1993
Rawn, J. D. Bioquímica. 2º edición. Vol. 1. Interamericana y Mc Graw-Hill, Madrid. 1989
Stryer, L. Bioquímica. 3a. edición. 2º Vol. Ed. Reverté, Barcelona.1999
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V. PLAN CALENDARIO
SEMANA
1ra.
2da.
3ra.
4ta.
5ta.
6ta.
7ma.
8va.
9na.
10ma.
11ra.
12da.
13ra.
14ta.
15ta.
16ma.
17va.
18na.
INGENIERI A AGRONOMICA.
ACTIVIDADES ACADÉMICAS
OBSERVACIONES
Presentación de la
asignatura UNIDAD I.
1.1 – 1.2 – 1.3 - 1.4
Avance de
materia
Avance de
materia
Avance de
materia
Avance de
materia
Avance de
materia
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Avance de
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materia
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Avance de
materia
Avance de
materia
Avance de
materia
UNIDAD I. 1.5 – 1.10
UNIDAD II. 2.1. – 2.2 –
2.3 - 2.4
UNIDAD II. 2.5 – 2.6
UNIDAD III. 3.1 - 3.2.
– 3. 3 – 3.4 – 3.5 –3.6
UNIDAD III. 3.7 – 3.8 –
Primera Evaluación
3.9. 3.10 – 3.11
UNIDAD IV. 4.1 – 4.2
Primera Evaluación
– 4.3 – 4.4 – 4.5
UNIDAD IV. 4.6 – 4.7
– 4.8 – 4.9 – 4.10
UNIDAD IV. 4.7
UNIDAD V. 5.1 – 5.2 –
5.3
UNIDAD V. 5.4 – 5.5 –
5.6
UNIDAD V. 5.7
UNIDAD VI. 6.1 – 6.2
Segunda Evaluación
– 6.3 – 6.4 – 6.5
UNIDAD. VI. 6.6 – 6.7Segunda evaluación
6.8 –6.9
UNIDAD VII. 7.1 – 7.2
– 7.3 – 7.4 – 7.5
UNIDAD VIII 8.1 – 8.2
–8.3 - 8.4 - 7.5
19na
Evaluación final
20ma
Evaluación final
21ra
Segunda Instancia
Presentación de Notas
Evaluación final y cierre de gestión
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Cierre de gestión
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VI. WORK PAPER´s Y Dif´s:
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1.
UNIDAD O TEMA: La célula vegetal
TITULO: Composición química de la célula
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA.
La materia viva llamada también materia orgánica, esta formada principalmente por carbono,
hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Estos elementos, al combinarse, forman sustancias que interactúan
entre sí dentro de la forma viva más simple que es la célula.
En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de
los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se
caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño.
La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema
químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas
por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten
a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las
proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados
por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.
Bioelementos: Los elementos de la vida
El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de
elementos y compuestos químicos.
Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos
químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes
de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos
concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos
que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman
parte de los seres vivos. Los podemos clasificar en:
 Inorgánicos
o
Agua
o
Sales minerales
 Orgánicos
o
Glúcidos
o
Lípidos
o
Proteínas
o
Ácidos Nucleicos
Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
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a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son
carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los
hacen adecuados para la vida:
 Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono,
oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.
 Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos
más ligeros de la naturaleza.
b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio,
potasio, magnesio, cloro, azufre y fósforo desempeñando funciones de vital importancia en fisiología
celular.
c) Oligoelementos
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma
vestigial, (proporción inferior al 0,1%) pero que son indispensables para el desarrollo armónico del
organismo pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos. Se han aislado
unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes
para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio,
cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.
COMPONENTES INORGÁNICOS.
Agua.
Representa el componente más abundante en la célula. Una parte del agua se encuentra libre
(aproximadamente 95 % del total) y el resto en forma combinada. El agua libre no se encuentra
asociada a ningún componente celular y representa el medio líquido de transporte en la célula. El agua
combinada aparece unida a las proteínas mediante puentes de hidrógeno.
Propiedades del agua
1. Acción disolvente
El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal.
Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de
hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes,
azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que
da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias
salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:
a)
Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo
b)
Sistemas de transporte
2. Elevada fuerza de cohesión
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una
estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse
puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos
gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos
internos.
3. Elevada fuerza de adhesión
Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las
moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado
fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende
por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del
recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua, se equilibra con la presión capilar. A este
fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través
de los vasos leñosos.
4. Gran calor específico
También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las
moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los
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puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el
citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la
temperatura constante.
5. Elevado calor de vaporización
Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta
propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las
moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para
evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C.
Funciones del agua
En la célula, las funciones del agua se derivan, en esencia, de sus propiedades fisicoquímicas, entre
ellas: su calor específico, calor de vaporización y poder disolvente. Entre sus principales funciones
pueden citarse:
a) Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas
b) Amortiguador térmico
c) Transporte de sustancias
d) Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos
e) Favorece la circulación y turgencia
f) Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
g) Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o
hidroxilos al medio.
SALES MINERALES
En función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles en agua.
a) Sales inorgánicas insolubles en agua.
Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:
o Esqueleto interno y dientes de vertebrados, en el que encontramos: fosfatos, cloruros, fluoruros y
carbonatos de calcio
o Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
o Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice).
o Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico que intervienen en el
mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer, pueden utilizar algunos
animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos.
b) Sales inorgánicas solubles en agua.
La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las
siguientes funciones:
COMPONENTES ORGÁNICOS.
Como componentes orgánicos más importantes y abundantes en las células se encuentran las
proteínas, los lípidos, los carbohidratos y los ácidos nucleicos.
Carbohidratos
Los hidratos de carbono, compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, representan la principal
fuente de energía para la célula y también son constituyentes estructurales importantes de la pared
celular y de las sustancias intercelulares. Se clasifican de acuerdo con el número de monómeros que
contienen en monosacáridos, disacáridos, oligosacaridos y polisacáridos.
Las funciones de los carbohidratos se pueden resumir en:
- energética, porque constituyen por su abundancia el combustible celular por excelencia;
- estructural, ya que se encuentra formando parte estructural de las membranas celulares;
- reserva, porque se encuentran almacenadas en forma de polímeros en animales y plantas cuyos
componentes principales son el glucógeno y el almidón respectivamente;
- sostén y protección, pues en los vegetales forman estructuras poliméricas como la celulosa, que
forma la pared celular que recubre las células vegetales y que es un elemento importante en el sostén
del vegetal.
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Los lípidos son un conjunto de sustancias estructuralmente heterogéneas, las cuales pueden ser
extraídas de tejidos animales o vegetales al ser tratados con solventes orgánicos.
Entre las principales funciones de los lípidos se encuentran las siguientes:
- constituyen componentes estructurales de membranas, pues junto con las proteínas forman la
llamada membrana unidad lipoproteica en todos los sistemas membranosos celulares;
- son material energético celular porque estas sustancias presentan un gran contenido energético por
su estado reducido;
- constituyen sustancias de reserva ya que se almacenan en tejidos y semillas como en los tejidos
adiposos y en las semillas de los vegetales;
- tienen función protectora ya que están presentes en las paredes celulares de bacterias y plantas, en
el exoesqueleto de insectos, en la piel de vertebrados.
Proteínas
Representan las moléculas orgánicas más abundantes en el interior de la célula, pues constituyen
alrededor del 50% o más de su peso seco. Son macromoléculas de alto peso molecular.
Sus funciones más destacadas son:
- actúan como instrumentos moleculares mediante los cuales se expresa la información genética
(nucleoproteínas);
-
funcionan como biocatalizadores (enzimas);
tienen función estructural (proteínas en membranas);
actúan como vehículo de transporte (hemoglobina, seroalbúminas);
constituyen reserva de materiales nutritivos (proteínas);
presentan función protectora o inmunológica (globulinas);
función reguladora (hormonas).
Ácidos nucleicos
Representan estructuras moleculares de gran importancia en las células ya que participan
directamente en la transmisión y codificación de la información genética. Están constituidos por
azúcares del tipo de las pentosas (ribosa y desoxirribosa), bases orgánicas (púricas y pirimidínicas) y
ácido fosfórico. Recientemente se ha detectado la presencia de ácidos nucleicos en orgánulos
celulares como las mitocondrias y los cloroplastos, lo que hace suponer cierta independencia en la
reproducción de estos.
Funciones: el ADN se localiza fundamentalmente en el núcleo celular y posee la codificación genética
de la célula y el RNA se encuentra principalmente en el citoplasma celular y participa en la biosíntesis
de proteínas.
CUESTIONARIODEL WORK PAPER´s:
1.- Describa la estructura de una célula.
2.- Indique cómo está constituida químicamente una célula.
3.- Explique cuál es la importancia del agua para los seres vivos.
4.- Explique cuáles son las propiedades del agua.
5.- Explique cuáles son las funciones que tiene el agua dentro de la célula.
6.- Relacione las funciones del agua con sus propiedades.
7.- Indique cómo se clasifican las sales minerales en la célula.
8.- ¿Qué funciones realizan los compuestos inorgánicos de la célula?
9.- ¿Qué funciones realizan los compuestos orgánicos de la célula?
10.- Haga un esquema de una célula vegetal y animal e indique sus diferencias.
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DIF´s # 1.
UNIDAD O TEMA: Introducción a la bioquímica.
TITULO: Aplicaciones de la bioquímica a la agronomía.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
Aplicaciones de la bioquímica a la agronomía.
Cuando se analiza el desarrollo histórico de las ciencias agropecuarias, se observa que en sus inicios
se basaba en conocimientos empíricos, en métodos tradicionales y en la experiencia práctica directa.
Tanto en la práctica agrícola como en la pecuaria, los hombres fueron seleccionando para la
producción aquellas plantas o animales que experimentaban modificaciones adquiriendo nuevas
características útiles al ser humano. Con esta operación, repetida durante muchas generaciones,
logró el hombre la obtención de plantas de mayores rendimientos y nuevas formas animales y
vegetales.
La bioquímica proporciona al ingeniero agrónomo y pecuario métodos efectivos para el aumento de
los cultivos y el desarrollo y mejoramiento de la masa animal, tanto desde un punto de vista
cuantitativo como cualitativo. La aplicación de sistemas modernos de producción tiene como base la
investigación bioquímica, la cual proporciona mayor desarrollo y rendimiento económico. Los
conocimientos que aporta la bioquímica permiten una mayor comprensión de los fenómenos naturales
que ocurren en las plantas y establecen las bases del conocimiento necesarias para abordar
satisfactoriamente las necesidades del desarrollo.
El continuo crecimiento de la población mundial requiere aumentar la producción de alimentos por
métodos no convencionales que en ninguna medida pueden ser el producto de la aplicación de
métodos de investigación empíricos. El conocimiento profundo de los mecanismos de las reacciones
bioquímicas más importantes, permitirán mejorar la eficiencia de la producción de alimentos tanto de
origen animal como vegetal.
TAREA DEL DIF´s:
Los estudiantes, organizados en grupos de hasta 5 personas, deberán analizar y debatir la
importancia que tiene el estudio de la bioquímica para el futuro profesional de ciencias
agropecuarias.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 2.
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UNIDAD O TEMA: La célula vegetal
TITULO: Generalidades del metabolismo celular.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
Generalidades del metabolismo celular.
El metabolismo se define como el conjunto de procesos físico-químicos-fisiológicos que ocurren en los
organismos capaces de intercambiar sus componentes y energía con el entorno, lo cual les permite su
autoconservación y autorreparación. Representa la actividad celular altamente integrada y plagada de
propósitos en la que participan muchos sistemas multienzimáticos con la finalidad de intercambiar
sustancias y energía con el entorno y propiciar, por tanto, el desarrollo y la vida celular.
Las funciones específicas del metabolismo son:
- Obtener energía química del medio, de los elementos orgánicos o de la luz solar.
- Convertir los elementos nutritivos exógenos en precursores de los componentes macromoleculares
de las células.
- Reunir los componentes moleculares para formar proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y otros
componentes celulares.
- Formar y biodegradar aquellas biomoléculas necesarias para las funciones vitales.
El metabolismo como proceso fisiológico transcurre mediante dos fases antagónicas y simultáneas
conocidas como anabolismo y catabolismo, denominándose a las moléculas o intermediarios químicos
del proceso metabolitos.
Catabolismo: constituye la fase de degradación del metabolismo. Las reacciones en esta fase son
esencialmente degradantes: grandes moléculas orgánicas se transforman en constituyentes más
simples. En este proceso ocurren reacciones oxidativas en las que se desprende energía
químicamente utilizable (ATP), energía necesaria para el sostenimiento, multiplicación, crecimiento y
desarrollo del organismo, para el trabajo osmótico, mecánico, generación de impulsos nerviosos, etc.
Anabolismo: representa la fase constructiva del metabolismo. Se caracteriza por presentar
reacciones de biosíntesis con la formación de estructuras moleculares complejas a partir de
estructuras más simples. El anabolismo suele tener etapas reductoras y consume energía potencial
(ATP, NADH+H+ y otros).
Siendo que las fases del metabolismo ocurren simultáneamente, no aisladas unas de otras, ambas
están relacionadas por una zona central del proceso que se caracteriza por reacciones intermedias, a
manera de diferentes vías metabólicas que al conectarse con las reacciones que corresponden a las
diferentes secuencias anabólicas y catabólicas, integran el metabolismo intermediario.
El nexo del anabolismo con el catabolismo se manifiesta en tres niveles:
- En lo referente a las fuentes carbonadas. Los productos del catabolismo se transforman en sustrato
de los procesos anabólicos, a causa de la interconversión de de las reacciones que caracterizan a la
zona central.
- En el suministro energético. El catabolismo produce energía química en forma de ATP o compuestos
fácilmente convertibles en este. El anabolismo requiere energía o consumo de ATP.
- En lo referente al poder reductor. El catabolismo es esencialmente oxidativo. Consume poder
oxidante generando poder reductor.
Las diferentes reacciones del metabolismo se realizan en estructuras especializadas dentro del
citoplasma, como por ejemplo:
- Glucólisis y fermentación: parte soluble del citoplasma.
- Oxidación o combustión de los carbohidratos, grasas y aminoácidos: mitocondrias.
- Síntesis de proteínas: ribosomas del retículo endoplasmático, a partir de aminoácidos específicos.
- Síntesis de ácidos nucleicos (ARN y ADN): núcleo.
- Fotosíntesis (células vegetales): cloroplastos.
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Ing. Apolinar Manu Garcia Mcs.
INGENIERI A AGRONOMICA.
OXIDACIONES BIOLÓGICAS.
En los seres vivos el principal proceso de producción de energía es la oxidación de las moléculas
orgánicas.
Las oxidaciones biológicas a nivel celular confluyen en tres procesos fundamentales: el ciclo de Krebs,
la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.
CADENA RESPIRATORIA
Sería la etapa final del proceso de la respiración, es entonces cuando los electrones "arrancados" a las
moléculas que se respiran y que se "almacenan" en el NADH Y FADH2, irán pasando por una serie de
transportadores, situados en las crestas mitocondriales formando tres grandes complejos enzimáticos.
La disposición de los transportadores permite que los electrones "salten" de unos a otros, liberándose
una cierta cantidad de energía (son reacciones redox) que sirve para formar un enlace de alta energía
entre el ADP y el P, que da lugar a una molécula de ATP. El último aceptor de electrones es el oxígeno
molecular y otra consecuencia será la formación de agua.
Reacciones de la cadena de transporte de electrones
Con la excepción de la coenzima q, todos los miembros de esta cadena son proteínas. Estas proteínas
pueden funcionar como enzimas como en el caso de varias deshidrogenasas, pueden contener hierro
como parte de su centro hierro-azufre o pueden contener cobre, como en el caso de los citocromos a y
a3.
1.- formación de NADH
2.- deshidrogenasas de NADH
3.- coenzima q: (CoQ)
4.- citocromos
5.- citocromo a + a3
El transporte de electrones:
El flujo de electrones en las reacciones de oxido-reducción es responsable, directa o indirectamente de
todo el trabajo realizado en los organismos vivientes. En los organismos no fotosintéticos, las fuentes
de electrones son compuestos reducidos (los alimentos); en los organismos fotosintéticos, el donador
inicial de electrones es una especie química excitada por la absorción de la luz solar. El flujo de los
electrones en el metabolismo es un proceso complejo, los electrones se mueven a partir de varios
metabolitos intermedios a acarreadores de electrones especializados en las reacciones catalizadas por
enzimas. Posteriormente, los acarreadores donan los electrones a aceptores con elevadas afinidades
por los electrones, este último proceso, genera energía. Las células contienen una variedad de
transductores de energía, los cuales convierten la energía del flujo de electrones en trabajo.
El transporte de electrones, es la fuente principal de energía para las actividades celulares, libera
grandes cantidades de energía libre, la mayor parte de la cual se almacena en forma de ATP en la
fosforilación oxidativa. Las enzimas que catalizan el este proceso, son generalmente más complejas
tanto estructuralmente como en su mecanismo catalítico que las enzimas de las otras vías
metabólicas, y por tanto son menos conocidas.
Todos los siguientes procesos: el transporte de electrones, la energía libre de la transferencia de
electrones del NADH y FADH2 al O2 vía centros redox unidos a proteínas, está acoplada a la síntesis
de ATP.
Fosforilación oxidativa
La transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones es energéticamente favorable
porque el NADH es un poderoso donador de electrones y el oxígeno molecular es un potente aceptor
de electrones. De hecho el flujo neto de electrones desde el NADH hasta el oxígeno resulta en la
síntesis de ATP. La fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis
de ATP:
ADP + Pi  síntesis del ATP
(fosforilación del ADP)
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El evento vital se lleva a cabo en la membrana plasmática bacteriana, en la membrana interna
mitocondrial y en los tilacoides de los cloroplastos.
En los seres vivos la oxidación de moléculas orgánicas tiene como resultado el movimiento de
protones (H+) del interior de la matriz mitocondrial al espacio intermembranal en mitocondrias y
cloroplastos o bien al citoplasma en las bacterias. La cadena de transporte de electrones y la
fosforilación oxidativa estuvieron separadas conceptualmente por mucho tiempo. Las observaciones
de la formación del ATP hacían pensar a los investigadores en buscaba un intermediario fosforilado de
la reacción. Hasta que en 1961 peter mitchell propuso la hipótesis quimiosmótica en la cual propuso
que el intermediario energético necesario para la formación del ATP (o fosforilación del adp), era una
diferencia en la concentración de protones a través de la membrana. Gracias a estas observaciones
mitchell recibió en premio nobel de química en 1978. Murió al final de la década de los 80´s.
Ciclo de krebs
En condiciones anaerobias, las células animales reducen el piruvato a lactato, en las levaduras a
etanol. Por el contrario, en condiciones aerobias, el piruvato ingresa a la matriz mitocondrial y es
convertido a acetil-coenzima a (acetilcoa) para llevar estos carbonos a su estado de oxidación total en
el ciclo del ácido cítrico.
Acetil coa
El acetil-coa es el producto común de la degradación de los principales combustibles metabólicos
(polisacáridos, lípidos y proteínas). El grupo acetilo es degradado a CO 2 y H20 vía el ciclo del ácido
cítrico y la fosforilación oxidativa o utilizado para la síntesis de ácidos grasos. El acetil-CoA (AC-CoA)
es el producto común del metabolismo de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos. El acetilcoa es
un compuesto de alta energía. El acetilcoa es sintetizado a partir de piruvato a través de una
descarboxilación oxidativa catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa
(pdh). El producto más importante de la degradación de los carburantes metabólicos es el acetil-CoA,
(ácido acético activado con el coenzima a), que continúa su proceso de oxidación hasta convertirse en
CO2 y H2O, mediante un conjunto de reacciones que constituyen el ciclo de Krebs punto central donde
confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la
mitocondria. En este ciclo se consigue la oxidación total de los dos átomos de carbono del resto
acetilo, que se eliminan en forma de CO2; los electrones de alta energía obtenidos en las sucesivas
oxidaciones se utilizan para formar NADH y FADH2, que luego entrarán en la cadena respiratoria
El ciclo del ácido cítrico, considerado el embudo del metabolismo, consiste en ocho reacciones
enzimáticas, todas ellas mitocondriales en los eucariontes. El ciclo del ácido cítrico es la vía central
del metabolismo aerobio: es la vía oxidativa final en el catabolismo de los carbohidratos, ácidos grasos
y aminoácidos, además es una fuente importante de intermediarios de vías biosintéticas. En muchas
células la acción acoplada del ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones son
responsables de la mayoría de la energía producida.
El ciclo de krebs, es la ruta central común para la degradación de los restos acetilo (de 2 átomos de c)
que derivan de los glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. Es una ruta universal, catalizada por un
sistema multienzimático que acepta los grupos acetilo del acetil-coa como combustible, degradándolo
hasta co2 y átomos de hidrógeno, que son conducidos hasta el o 2 que se reduce para formar h2o (en
la cadena de transporte de electrones).
La oxidación del piruvato a acetil-coa es catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato
deshidrogenasa (pdh), el proceso que es muy complicado, se resume en:
Piruvato + NAD+ + CoA  acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
g°´= - 8.0kcal/mol
Esta reacción irreversible en tejidos animales, no forma parte del ciclo de Krebs, pero constituye un
paso obligatorio para la incorporación de los glúcidos al ciclo.
El trabajo acoplado del ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones es la mayor
fuente de energía metabólica.
El metabolismo aerobio del piruvato por el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de
electrones produce mucha más energía que la simple conversión aerobia del piruvato a lactato o
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etanol. En condiciones aeróbicas, el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa con la formación de
acetil CoA. El grupo acetilo del acetil CoA es transferido al oxaloacetato para dar citrato en reacciones
subsecuentes, dos de los átomos de carbono del citrato se oxidan a CO 2 y el oxaloacetato es
regenerado. La reacción neta de ciclo del ácido cítrico también produce tres moléculas de NADH, una
de FADH2 y una molécula del compuesto trifosfato de guanosina (GTP) altamente energético (en
algunos organismos es directamente ATP) por cada molécula de acetilCoA oxidada
Acetilcoa + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O  CoASH + 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + 3H+
Las moléculas de NADH y FADH2 son oxidadas en la cadena de transporte de electrones con la
formación de ATP en la fosforilación oxidativa. El ATP puede ser producido a partir del GTP vía una
fosforilación a nivel de sustrato, que es la transferencia de un grupo fosforilo de un compuesto rico en
energía como el GTP, al ADP.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s:
1.- Defina qué es el metabolismo.
a) Señale las fases que lo componen y explique en qué consiste cada una.
b) Señale el nexo que existe entre las fases del metabolismo.
2.- Defina los siguientes conceptos y ponga ejemplos en cada caso:
a) Cadena metabólica
b) Ciclo metabólico
3.- ¿Qué son las rutas anapleróticas?
a) ¿Qué papel desempeñan en los ciclos metabólicos?
b) Ponga ejemplos de ellas.
4.- ¿Qué se entiende por respiración celular?
5.- Defina el concepto de cadena respiratoria.
a) Explique cuál es su importancia en el metabolismo.
6.- Represente esquemáticamente la cadena respiratoria acoplada a la fosforilación oxidativa.
7.- Defina el concepto de fosforilación oxidativa.
a) Explique de qué forma está acoplada a la cadena respiratoria.
8.- ¿En qué sitio específico de la célula se lleva a cabo la CR y la PO?
9.- ¿En qué consiste el Ciclo de Krebs?
a) Represente en esquema el Ciclo de Krebs teniendo en cuenta las enzimas y coenzimas
participantes.
a) Represente lo anterior mediante un esquema.
10.- Efectúe el balance energético del Ciclo de Krebs acoplado a la CR y la PO.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 3.
UNIDAD O TEMA: Los carbohidratos.
TITULO: Metabolismo de los carbohidratos.
FECHA DE ENTREGA:
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Metabolismo de los carbohidratos
Los hidratos de carbono son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza., son las
moléculas energéticas básicas de la célula, grupo de compuestos, también llamados glúcidos, que
contienen hidrógeno y oxígeno, en la misma proporción que el agua, y carbono. La fórmula de la
mayoría de estos compuestos se puede expresar como Cn(H2O)n.
Las plantas verdes, algunas bacterias, protozoos y algas los producen en el proceso conocido como
fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire y por acción de la energía solar
producen hidratos de carbono y otros productos químicos necesarios para que los organismos
sobrevivan y crezcan. Entre los hidratos de carbono se encuentran el azúcar, el almidón, la dextrina,
la celulosa y el glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los
humanos y de muchos animales.
FUNCIONES.
En los organismos vivos, los hidratos de carbono sirven tanto para las funciones estructurales
esenciales como para almacenar energía. En las plantas, la celulosa y la hemicelulosa son los
principales elementos estructurales. En los animales invertebrados, el polisacárido quitina es el
principal componente del dermatoesqueleto de los artrópodos. En los animales vertebrados, las capas
celulares de los tejidos conectivos contienen hidratos de carbono. Para almacenar la energía, las
plantas usan almidón y los animales, glucógeno; cuando se necesita la energía, las enzimas
descomponen los hidratos de carbono.
Los hidratos de carbono se utilizan para fabricar tejidos, películas fotográficas, plásticos y otros
productos. La celulosa se puede convertir en rayón de viscosa y productos de papel. El nitrato de
celulosa (nitrocelulosa) se utiliza en películas de cine, cemento, pólvora de algodón, celuloide y tipos
similares de plásticos. El almidón y la pectina, un agente cuajante, se usan en la preparación de
alimentos para el hombre y el ganado.
METABOLISMO GENERAL.
El metabolismo de los carbohidratos es muy importante para todos los seres vivos ya que constituyen
la fuente energética fundamental.
Las principales vías del catabolismo son la glucólisis y ciclo de las pentosas - fosfato.
Las principales vías del anabolismo son: la fotosíntesis y la gluconeogénesis.
GLUCÓLISIS
La glucólisis tiene lugar en el citoplasma celular. Consiste en una serie de diez reacciones, cada una
catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molécula de glucosa en dos
moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico.
En la primera parte se necesita energía, que es suministrada por dos moléculas de ATP, que servirán
para fosforilar la glucosa y la fructosa. Al final de esta fase se obtienen, en la práctica dos moléculas
de PGAL (gliceraldehído 3 – fosfato), ya que la molécula de DHAP (dihidroxiacetona-fosfato), se
transforma en PGAL. En la segunda fase, que afecta a las dos moléculas de PGAL, se forman cuatro
moléculas de ATP y dos moléculas de NADH. Se produce una ganancia neta de dos moléculas de
ATP. Al final del proceso la molécula de glucosa queda transformada en dos moléculas de ácido
pirúvico, es en estas moléculas donde se encuentra en estos momentos la mayor parte de la energía
contenida en la glucosa. La glucólisis se produce en la mayoría de las células vivas, tanto en
procariotas como en las eucariotas.
Balance de la degradación aeróbica de la glucosa.
La cantidad de energía química metabólicamente utilizable fijada en forma de ATP que produce la
degradación aeróbica de la glucosa, es la resultante del balance energético del proceso global.
Existe una ganancia de 38 ATP, lo que corresponde a 266000 kcal/mol, representado en la siguiente
ecuación global:
Glucosa + 38 ADP + 38 (PO4)3 - + 6 O2 --------------------- 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP
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CICLO DE LAS PENTOSA FOSFATO
Aunque no es la principal vía de degradación de carbohidratos es muy importante para la célula ya
que produce poder reductor en forma de NADPHH+ que es necesario para la síntesis activa de ácidos
grasos y esteroides. Este ciclo produce además, pentosas fundamentalmente la ribosa 5 – P
imprescindible para la síntesis de ácidos nucleicos.
Las vías de tipo anabólico, además de energía, necesitan poder reductor. La célula distingue los
electrones de destino de la cadena de transporte de electrones de los que están involucrados en
reacciones red-ox biosintéticas. Están colocadas en el NADH (electrones catabólicos para dar energía)
y NADPH (electrones para reducir moléculas).
El NADPH tiene en el C2´ un fosfato. La vía de las pentosas fosfato es una vía importante para fabricar
NADPH (poder reductor para los procesos sintéticos). Además, fabrica pentosas fosfato. Además,
también fabrica ribosa-5-P. Es una molécula importante para la célula como el RNA, NAD, ATP, FAD...
Es una vía citosólica. También se puede llamar como vía del fosfogluconato.
Glucosa-6-P + 2 NADP + 2 H2O ===> RIBOSA-5-P + 2 NADPH + CO2 + 2 H+
Desde el punto de vista energético, no se produce ni consume ATP en el ciclo. El carbono 1 de la
glucosa-6-fosfato es liberado como CO2 y dos moléculas de NADPH son producidas por cada fructosa6-fosfato que entra al ciclo. A diferencia de la glucólisis o de la cadena de transporte de electrones en
los cuales la secuencia de reacciones está bien definida, las reacciones de interconversión en la vía de
las hexosas monofosfato pueden funcionar en diferentes direcciones.
La velocidad y dirección de las reacciones en cualquier momento, están determinadas por el
abastecimiento y la demanda de los intermediarios del ciclo. La vía de las penosas fosfato es un
proceso citoplásmico y provee la mayor parte del NADPH celular que funciona como reductor en las
reacciones de óxido reducción.
En la biosíntesis de ácidos grasos, colesterol y en la fotosíntesis se necesita de NADPH además de
ATP para realizar los procesos metabólicos. Además de que el NADH y el NADPH solo difieren en la
presencia (NADPH) o no (NADH) de un grupo fosfato en la posición 2´ de la adenosina, no son
metabólicamente interconvertibles, de hecho no participan en las mismas vías metabólicas. En el
proceso también está involucrada la especificidad de las deshidrogenasas por sus coenzimas.
El NADH participa en la utilización de la energía libre a partir de la oxidación de metabolitos (cadena
de transporte de electrones), para sintetizar ATP en la fosforilación oxidativa.
El NADPH participa en la utilización de la energía libre a partir de la oxidación de metabolitos para la
biosíntesis de otros procesos endergónicos.
El NADPH es generado a partir de la oxidación de glucosa-6-fosfato a través de una vía alternativa a
la glucólisis conocida como vía de las pentosas fosfato, derivación de las hexosas monofosfato (HMP)
o vía del fosfogluconato.
ANABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS.
FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen algunas células para obtener
energía. Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros
pigmentos, captan energía luminosa procedente del sol y la transforman en energía química (ATP) y
en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos
orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno:
CO2 + H2O+ Luz -------------------- Glucosa + O2
La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la
reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de
carbono, para formar materia viva.
En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:
1. Fase luminosa: ocurre en el tilacoide. En ella se producen transferencias de electrones.
2. Fase oscura: ocurre en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono.
Fase luminosa
Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos:
1. Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser acíclica o abierta o cíclica o cerrada
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2. Síntesis de poder reductor (NADPH)
3. Fotolisis del agua
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Fase oscura
En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO 2, nitratos
y sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras
sustancias.
Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del
carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin, en honor de su descubridor M. Calvin.
En plantas tropicales existe una ruta alternativa de fijación de dióxido de carbono conocida como el
ciclo de Hatch – Slack. En este ciclo el aceptor de CO 2 es el fosfoenolpiruvato.
Importancia biológica de la fotosíntesis
La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la Biosfera. La síntesis de
materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego
irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en
materia propia por los diferentes seres vivos. Produce la transformación de la energía luminosa en
energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que
será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. La fotosíntesis fue causante del cambio
producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. De la fotosíntesis depende también
la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
GLUCONEOGÉNESIS
Es la vía que permite la síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos (ni provienen ni son
glucosa). Es muy importante en animales. Permite ver la regulación de las vías metabólicas. Es
necesaria porque muchos tejidos de los animales no necesitan glucosa, mientras que otros son
completamente glucosadependientes (cerebro, eritrocitos, médula renal...). Es imprescindible tener
siempre glucosa disponible. Se puede sintetizar glucosa a partir de: lactato, piruvato, algunos
aminoácidos, intermedios del ciclo de Krebs, glicerol, etc.
Puntos de control de la gluconeogénesis
La gluconeogénesis se controla esencialmente a nivel de las reacciones exclusivas de la
gluconeogénesis.
1. A nivel de la piruvatocarboxilasa, está regulado positivamente por Acetil Co-A (si se acumula Acetil
Co-A, se produce piruvato). El Acetil Co-A tiene un efecto negativo sobre la piruvatoquinasa.
2. A nivel de la Fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa es inhibida por concentraciones de AMP, pero se
activa por el ATP
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s
1.- ¿Qué se entiende por carbohidratos?
2.- Indique cuáles son las funciones de los carbohidratos en los seres vivos.
3.- Defina en qué consiste la glucólisis.
a) Realice el balance energético de esta vía metabólica.
4.- Realice un esquema de la vía glicolítica señalando las enzimas participantes.
5.- Explique en qué consiste el ciclo de las pentosas fosfato.
6.- Compare la vía glicolítica y el ciclo de las pentosas fosfato y justifique la mayor importancia de la
glicólisis.
7.- ¿Cuál es la importancia biológica de la fotosíntesis?
8.- Describa las diferentes fases de la fotosíntesis.
a) ¿A partir de qué metabolito se forma el oxígeno que se desprende durante el proceso
fotosintético?
9.- ¿En qué consiste el ciclo de Hatch Slack?
a) ¿Cuál es su importancia?
b)
Represente el ciclo mediante un esquema.
10.- ¿En qué consiste la gluconeogénesis?
a) Explique cuáles son los puntos de control de la gluconeogénesis.
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b) Represente mediante un esquema lo anterior.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4.
UNIDAD O TEMA: Las proteínas.
TITULO: Metabolismo de las proteínas.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
Metabolismo de las proteínas
Las proteínas son compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas:
en la sangre, en la leche, en los huevos y en toda clase de semillas y pólenes. Hay ciertos elementos
químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes
cantidades. En todas se encuentran un alto porcentaje de nitrógeno, así como de oxígeno, hidrógeno y
carbono. En la mayor parte de ellas existe azufre, y en algunas fósforo y hierro.
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FUNCIONES
Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos
vitales. Las funciones de las proteínas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células
mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones,
etc...Todas las proteínas realizan su función de la misma manera: por unión selectiva a moléculas. Las
proteínas estructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteína para originar una estructura
mayor. Sin embargo, otras proteínas se unen a moléculas distintas: los anticuerpos a los antígenos
específicos, la hemoglobina al oxígeno, las enzimas a sus sustratos, los reguladores de la expresión
génica al ADN, las hormonas a sus receptores específicos, etc...
A continuación se exponen algunos ejemplos de proteínas y las funciones que desempeñan:
Función estructural
-Algunas proteínas constituyen estructuras celulares:
Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan
el transporte de sustancias.
Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.
-Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos:
El colágeno del tejido conjuntivo fibroso.
La elastina del tejido conjuntivo elástico.
La queratina de la epidermis.
-Las arañas y los gusanos de seda segregan fibroína para fabricar las telas de araña y los capullos de
seda, respectivamente.
Función enzimática
-Las proteínas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como
biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular.
Función hormonal
-Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles
de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la
adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el
metabolismo del calcio).
Función reguladora
-Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la
ciclina).
Función homeostática
-Algunas mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con otros sistemas amortiguadores para
mantener constante el pH del medio interno.
Función defensiva
Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos.
La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar
hemorragias.
Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.
Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteínas fabricadas
con funciones defensivas.
Función de transporte
La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados.
La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
Las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre.
Los citocromos transportan electrones.
Función contráctil
La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
La dineina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.
Función de reserva
La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada,
constituyen la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.
La lactoalbúmina de la leche.
PROPIEDADES
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Especificidad
Las propiedades de las proteínas dependen de la estructura tridimensional en el medio acuoso, es
decir, de los aminoácidos que se disponen en su superficie, que son los que constituyen el centro
activo; también de los aminoácidos que se disponen hacia el interior, ya que son los que dan rigidez y
forma a la proteína.
Cada proteína tiene una conformación según su estructura primaria. Así, un pequeño cambio en la
secuencia de aminoácidos provoca cambios en la estructura primaria, secundaria, terciaria, y por tanto
pérdida de la actividad biológica.
Solubilidad
Las proteínas globulares son solubles en agua, debido a que sus radicales polares o hidrófilos se
sitúan hacia el exterior, formando puentes de hidrógeno con el agua, constituyendo una capa de
solvatación. Esta solubilidad varía dependiendo del tamaño, de la forma, de la disposición de los
radicales y del pH.
Desnaturalización
Pérdida de la estructura tridimensional o conformación, y por tanto también de la actividad biológica.
Se produce al variar la temperatura, presión, pH, electronegatividad, etc. Esto provoca la rotura de los
puentes de hidrógeno que mantienen las estructuras secundaria y terciaria, y las proteínas se
convierten en fibras insolubles en agua. Si las condiciones son suaves, el proceso es reversible, y si el
cambio es más drástico, es irreversible.
METABOLISMO
El anabolismo está dado por la biosíntesis proteica donde se unen los aminoácidos para dar lugar a la
molécula de proteína.
La unión de los aminoácidos entre sí para construir una proteína se produce de modo que el grupo
carboxilo de un aminoácido se combina con el grupo a aminoácido siguiente, con pérdida de una
molécula de agua H2O y recordemos que esa combinación se llama unión peptídica o enlace
peptídico.
Cualquiera que sea su longitud, la proteína mantiene el carácter anfotérico de los aminoácidos
aislados, ya que contiene un grupo amino libre en uno de sus extremos y un grupo carboxilo en el otro
extremo. La proteína se sintetiza a partir de extremo que lleva el grupo amino libre.
El catabolismo viene dado por la hidrólisis de la proteína para obtener aminoácidos que seguirán
diferentes vías de degradación explicadas más adelante. En este punto también se analizarán
brevemente otros aspectos relacionados con los aa.
SÍNTESIS DE LAS PROTEINAS
Las instrucciones para la síntesis de las proteínas están codificadas en el ADN del núcleo. Sin
embargo el ADN no actúa directamente, sino que transcribe su mensaje al ARNm que se encuentra en
las células, una pequeña parte en el núcleo y, alrededor del 90% en el citoplasma. La síntesis de las
proteínas ocurre como sigue:
El ADN del núcleo transcribe el mensaje codificado al ARNm. Una banda del ADN origina una banda
complementaria de ARNm.
El ARN mensajero formado sobre el ADN del núcleo, sale a través de los poros de la membrana
nuclear y llega al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. Allí será leído y descifrado el código o
mensaje codificado que trae del ADN del núcleo.
Transcripción del mensaje genético del ADN al ARN.
La biosíntesis de las proteínas comienza cuando un cordón de ARNm, con la ayuda de ciertas
enzimas, se forma frente a un segmento de uno de los cordones de la hélice del ADN. (Las
micrografías electrónicas indican que el ADN se desenrolla un poco para permitir la síntesis del ARN).
El ARNm se forma a lo largo del cordón del ADN de acuerdo con la misma regla del apareamiento de
las bases que regula la formación de un cordón de ADN, excepto en que en el ARNm el uracilo
sustituye a la timina. Debido al mecanismo de copia, el cordón del ARNm, cuando se ha completado
lleva una transcripción fiel del mensaje del ADN. Entonces el cordón de ARNm se traslada al
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citoplasma en el cual se encuentran los aminoácidos, enzimas especiales, moléculas de ATP,
ribosomas y moléculas de ARN de transferencia.
Una vez en el citoplasma, la molécula de ARN se une a un ribosoma. Cada tipo de ARNt engancha por
un extremo a un aminoácido particular y cada uno de estos enganches implica una enzima especial y
una molécula de ATP.
En el punto en el que la molécula de ARNm toca al ribosoma, una molécula de ARNt, remolcando a su
aminoácido particular, se sitúa en posición inicial.
A medida que el cordón de ARNm se desplaza a lo largo del ribosoma, se sitúa en su lugar la siguiente
molécula de ARNt con su aminoácido. En este punto, la primera molécula de ARNt se desengancha de
la molécula de ARNm. El ARN mensajero parece tener una vida mucho más breve, al menos en
Escherichia coli. La duración promedio de una molécula de ARNm en E. Coli. es de dos minutos,
aunque en otro tipo de células puede ser más larga. Esto significa que en E. Coli. la producción
continua de una proteína requiere una producción constante de las moléculas de ARNm apropiadas.
De esta manera los cromosomas bacterianos mantienen un control muy rígido de las actividades
celulares, evitando la producción de proteínas anormales que pudiera ocurrir por el posible desgaste
de la molécula de ARNm.
La biosíntesis proteica tiene lugar en los ribosomas y ocurre en cuatro etapas:
1- Activación de los aminoácidos
2- Iniciación de la cadena polipeptídica
3- Prolongación
4- Terminación
HIDRÓLISIS DE LAS PROTEÍNAS
La hidrólisis de las proteínas termina por fragmentarlas en alfa-aminoácidos. Existen 3 tipos de
hidrólisis:
 Hidrólisis ácida: Se basa en la ebullición prolongada de la proteína con soluciones ácida fuertes (HCl
y H2SO4). Este método destruye completamente el triptófano y parte de la serina y la treonina.
 Hidrólisis básica: Respeta los aminoácidos que se destruyen por la hidrólisis anterior, pero con gran
facilidad, forma racematos. Normalmente se utiliza (NaOH e BaOH).
 Hidrólisis enzimática: Se utilizan enzimas proteolíticas cuya actividad es lenta y a menudo
incompleta, sin embargo no se produce racemización y no se destruyen los aminoácidos; por lo tanto
es muy específica.
Los aminoácidos se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2).
Existen 20 aminoácidos diferentes y todos ellos tienen una parte común en su molécula que consisten
en el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2).
Además de los aminoácidos proteicos, que son 20, existen otros que se presentan en forma libre o
combinada, pero nunca formando parte de las proteínas. A estos se les denomina aminoácidos no
proteicos y se conocen más de 200. Sus funciones biológicas no son bien conocidas.
FUNCIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, macromoléculas complejas que en
las plantas desarrollan funciones estructurales (como componentes de las paredes celulares),
enzimáticas (muchos procesos bioquímicos están catalizados por proteínas) y hormonales. También
pueden ser destinados a la producción de energía o pueden convertirse en otros metabolitos, aunque
el destino fundamental es siempre la síntesis de proteínas.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s:
1.- Defina qué son las proteínas.
2.- Indique qué funciones realizan las proteínas en los seres vivos.
3.- Explique las propiedades que presentan las proteínas.
4.- Nombre las bases nitrogenadas que forman parte de las estructuras del ADN y ARN, destacando
las típicas de cada ácido nucleico.
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5.- ¿Por qué podemos obtener ARN a partir de ADN? ¿Cómo se denomina este proceso?
6.- Indique y explique mediante qué proceso se obtiene proteína a partir de ARNm.
7.- Represente los procesos anteriores a partir del siguiente fragmento de ADN:
T–A–C–A–A–G–G–A–G–T–A–A–C–A–C–C–T–C–G–C–G–A–C-T
8.- Cite las etapas en que transcurre la biosíntesis proteica y describa cada una de ellas.
9.- Indique qué son los aminoácidos y que funciones realizan.
a) Explique cómo se clasifican. Ponga ejemplos en cada caso.
b) ¿Cómo obtienen los diferentes organismos el nitrógeno necesario para la síntesis de
aminoácidos?
10.- Describa las principales formas de inicio de las vías de degradación de los aminoácidos.
a) Explique brevemente cómo tiene lugar la síntesis de aminoácidos.
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DIF’s # 2
UNIDAD O TEMA: Las proteínas
TITULO: Importancia de las proteínas.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
Importancia de las proteínas
Las proteínas son compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas:
en la sangre, en la leche, en los huevos y en toda clase de semillas y pólenes. Están formadas por la
unión de ciertas sustancias más simples llamadas aminoácidos, que los vegetales sintetizan a partir de
los nitratos y las sales amoniacales del suelo. Los animales herbívoros reciben sus proteínas de las
plantas; el hombre puede obtenerlas de las plantas o de los animales, pero las proteínas de origen
animal son de mayor valor nutritivo que las vegetales. Esto se debe a que, de los aminoácidos que se
conocen, hay nueve que son imprescindibles para la vida y es en las proteínas animales donde éstas
se encuentran en mayor cantidad.
Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos
vitales.
Las funciones de las proteínas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células mantener
su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones, entre
otras.
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Proteínas de origen vegetal.
La OMS (Organización Mundial de la Salud) afirma en sus estudios que el mundo desarrollado
consume más del doble de los requerimientos diarios necesarios en proteínas, mientras, el tercer
mundo sufre una carencia alarmante de proteínas. Por otro lado, incluso la OMS recomienda una
proporción de sólo el 25% de proteína animal y un 75% de proteína vegetal en nuestra dieta.
El uso de proteínas vegetales supone ciertas ventajas frente a las proteínas de origen animal. Entre
ellas se encuentran: son menos acidificantes de nuestra sangre, pues van acompañadas de más
minerales, contienen menos purinas y se eliminan mejor, la vitalidad de la carne baja al momento
mientras que las proteínas vegetales duran hasta semanas sin perder vitalidad, contienen menos
grasas y son insaturadas por lo que son beneficiosas para la salud, no contienen colesterol, tienen
fibra, sobrecargan menos el hígado y los riñones, fáciles de digerir, ideales para dietas bajas en
calorías, son más baratas para nuestra economía y la del Planeta.
Es recomendable tomar las proteínas vegetales acompañadas de cereales ya que así se
complementan y la UNP (utilización neta de proteínas) de la combinación resultante es
considerablemente más alta que la de los mismos alimentos tomados individualmente.
TAREA DEL DIF’¨s:
Los estudiantes organizados en equipos, deberán consultar bibliografía complementaria, incluyendo
sitios web, para analizar e intercambiar opiniones sobre la importancia del uso de proteínas en la
alimentación tanto humana como animal, haciendo especial énfasis en el caso de las proteínas de
origen vegetal.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 5.
UNIDAD O TEMA: Los lípidos
TITULO: Metabolismo de los lípidos.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
Metabolismo de los lípidos
Los lípidos son un grupo heterogéneo biomoléculas orgánicas que se encuentran en los organismos
vivos. Los lípidos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque en proporciones distintas
a como estos componentes aparecen en los azúcares. Además pueden contener también fósforo,
nitrógeno y azufre.
Funciones de los lípidos
1. Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa
produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos
sólo producen 4,1 kilocaloría/gr. Ej. Las grasas y aceites, también llamados triglicéridos.
2. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan
consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos. Ej. Fosfolípidos.
3. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas
que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas
esteroideas y las prostaglandinas.
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4. Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se
realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.
METABOLISMO GENERAL.
El metabolismo de los lípidos está en relación con los elementos que se obtienen por hidrólisis de las
grasas neutras: ácidos grasos y glicerina.
El catabolismo de los ácidos grasos tiene como vía principal la oxidación conocida como betaoxidación. En este proceso se produce acetil CoA, una parte del cual se puede desviar para la síntesis
de cuerpos cetónicos que se conoce como cetogénesis.
El anabolismo de los ácidos grasos tiene como vía principal la síntesis de Novo, existiendo además la
elongación mitocondrial y la elongación microsomal.
Balance energético de la oxidación de los ácidos grasos.
La función de la oxidación de los ácidos grasos es generar energía metabólica. Cada vuelta de la 
oxidación produce un NADH, un FADH y un acetil-CoA. La oxidación del acetil-CoA vía el ciclo del
ácido cítrico genera NADHs y FADHs adicionales que son reoxidados a través de la fosforilación
oxidativa para formar ATP. Por lo tanto la oxidación completa de una molécula de ácido graso es un
proceso altamente exergónico, produce un número elevado de ATP. El balance energético de la
degradación oxidativa de los ácidos grasos está determinado por la estrecha vinculación de la 
oxidación con el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.
CETOGÉNESIS
Cuando hay exceso de -oxidación las concentraciones elevadas de ATP detienen el ciclo de Krebs y
el acetil-CoA se desvía hacia la síntesis de cuerpos cetónicos. El acetil-CoA para cetogénesis puede
provenir de  -oxidación, glucólisis o aminoácidos cetogénicos.
El acetil-CoA producido por la oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias del hígado puede ser
completamente oxidado vía el ciclo del ácido cítrico. Pero una fracción significante de este acetil-CoA
tiene otro destino.
Formación de cuerpos cetónicos:
Este proceso ocurre principalmente en las mitocondrias del hepatocito, en las cuales el acetil-CoA es
convertido en acetoacetato o D--hidroxibutirato. Estos compuestos junto con la acetona, son referidos
como cuerpos cetónicos, que sirven como importantes combustibles metabólicos para muchos tejidos
periféricos. Por ejemplo, el cerebro normalmente utiliza glucosa como fuente de energía (los ácidos
grasos no pueden atravesar la barrera sanguínea cerebral), pero durante ayuno prolongado, los
cuerpos cetónicos son la mayor fuente de energía del cerebro. Los cuerpos cetónicos son los
equivalentes hidrosolubles de los ácidos grasos.
La formación de acetoacetato se lleva a cabo en tres reacciones.
1.- Dos moléculas de acetil-CoA son condensadas a acetoacetil-CoA por la tiolasa (acetil- CoA
transferasa), que hace exactamente la dirección contraria del paso final de la -oxidación.
2.- Condensación de acetoacetil-CoA con un tercer acetil-CoA por la HMG-CoA sintasa que forma hidroxi---metilglutaril-CoA (HMG-CoA: que también es un precursor en la biosíntesis del colesterol). El
mecanismo de reacción recuerda la reacción reversa catalizada por la tiolasa, en la cual, en el sitio
activo un grupo tiol forma un intermediario acil-tioéster.
3.- Degradación de HMG-CoA a acetoacetato y acetil-CoA, el mecanismo de esta enzima es análogo a
la reacción reversa de la enzima citrato sintasa. En la actualidad no se sabe por qué esta
aparentemente simple hidrólisis ocurre en esta manera indirecta.
ANABOLISMO.
Biosíntesis de ácidos grasos.
Una vez que los requerimientos energéticos de la célula han sido satisfechos y la concentración de
substratos oxidables es elevada, estos últimos son almacenados en forma de triacilglicéridos, que son
la reserva energética a largo plazo más importante de las células y los organismos en general. La
primera parte de este proceso, es la biosíntesis de ácidos grasos, la cual se efectúa en el citoplasma a
partir de acetil-CoA, ATP y el poder reductor del NADPH proveniente del ciclo de las pentosas fosfato
y otros sistemas generadores.
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La biosíntesis de ácidos grasos, ocurre a través de la condensación de unidades de dos carbonos, es
el sentido opuesto a la  oxidación.
La biosíntesis de los ácidos grasos difiere de su oxidación. Esta situación es el caso opuesto típico de
las vías biosintéticas y degradativas que permite que ambas rutas puedan ser termodinámicamente
favorables e independientemente regulables bajo condiciones fisiológicas similares.
El acetil CoA y malonil CoA se unen a grupos acetilo del complejo de la enzima ácido graso sintetasa,
liberándose las dos CoASH. Ahí la -acetil sintetasa, transfiere el grupo acetilo y lo pega al carbono 
del malonato, cuyo carboxilo es liberado como CO 2. Enseguida una reductasa dependiente de
NADPH2 reduce el grupo cetona a hidroxilo y una -hidroxi acil deshidratasa, hace que el hidroxilo
resultante de la reacción anterior junto con un
molécula de agua, resultando en la formación de una instauración. La enoil reductasa utilizando otro
NADPH2 reduce este doble enlace a un enlace sencillo. El acilo resultante, espontáneamente se
transfiere al otro grupo SH del complejo de la ácido graso sintetasa, que reacciona con otro malonil
CoA y el ciclo se repite. Finalmente la tioesterasa es la enzima que libera al ácido graso. Hay
diferentes tioesterasas específicas. El principal producto de esta vía es el palmitato.
Síntesis mitocondrial de ácidos grasos
El principal producto es el ácido esteárico. Alarga ácidos grasos cortos ingeridos para almacenarlos
como triacilgliceroles de acilo largo. Los ácidos grasos más comunes en tejido adiposo son el
9
9). Este balance entre saturados
palm
e insaturados hace que sea semisólida o fluida. Esta vía utiliza NADH 2 y acetil CoA, que pueden
obtenerse a partir del metabolismo de alcohol, por lo que el consumo del mismo favorece la ruta.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s:
1.- Defina el concepto de lípido.
a)
Indique cómo se clasifican.
2.- Indique qué funciones realizan los lípidos en los seres vivos.
3.- Indique qué metabolitos se obtienen producto de la hidrólisis de las grasas neutras.
a)
Represente, mediante un esquema, la relación entre la degradación de la glicerina y la vía
glicolítica.
4.- ¿Cuál es la principal vía de degradación de los lípidos?
a)
Explique en qué consiste dicho proceso.
5.- Represente la espiral de Lynen.
a)
Escriba las reacciones que describen la beta oxidación de los ácidos grasos.
6.- Plantee el balance energético de la degradación de un ácido graso de 10 átomos de carbono en su
cadena.
7.- ¿En qué consiste la cetogénesis?
a)
Represente su esquema.
8.- Indique cuál es la vía principal de síntesis de ácidos grasos.
a)
Describa dicho proceso.
b)
Represéntelo con un esquema.
9.- Represente la reacción global de la elonganción mitocondrial.
a)
Explique en qué consiste este proceso.
10.- Represente la reacción global de la elonganción microsomal.
b)
Explique en qué consiste este proceso.
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WORK PAPER # 6.
UNIDAD O TEMA: Las enzimas
TITULO: Propiedades y regulación enzimática.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
Propiedades y regulación enzimática
Las enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces, de naturaleza proteínica, que regulan la
velocidad a la cual se realizan los procesos fisiológicos, producidos por los organismos vivos. En
consecuencia, las deficiencias en la función enzimática causan patologías. Como catalizadores, las
enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones
que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que
aceleran su consecución.
Desde el punto de vista químico, las enzimas están formadas de carbono (C), Hidrógeno (H), oxígeno
(O), Nitrógeno (N), y Azufre (S) combinados, pero siempre con peso molecular bastante elevado y
propiedades catalíticas específicas. Su importancia es tal que puede considerarse la vida como un
"orden sistemático de enzimas funcionales". Cuando este orden y su sistema funcional son alterados
de algún modo, cada organismo sufre más o menos gravemente y el trastorno puede ser motivado
tanto por la falta de acción como por un exceso de actividad de enzima.
Propiedades de las enzimas
Las enzimas tienen en general las mismas propiedades de todas las proteínas:
- En disolución pueden comportarse como ácidos o bases ya que tienen grupos ionizables en sus
aminoácidos.
- Tienen reacciones de precipitación por la acción de determinados ácidos como el tricloroacético y
perclórico o por la acción de cambios bruscos de temperatura, pH, etc.
Además de estas, las enzimas tienen propiedades características: especificidad, eficiencia catalítica y
reversibilidad
Especificidad: Es la propiedad más sobresaliente de las enzimas. La reacción enzimática ocurre por
la combinación de la enzima con el sustrato la cual es específica y está determinada por la afinidad
que existe entre los grupos químicos del centro activo con los grupos químicos del sustrato. Puede ser
absoluta y relativa.
Especificidad absoluta: Cuando la enzima es específica para un tipo de sustrato y no ataca a otros ni
siquiera que tengan estructuras muy relacionadas. Ej. Ureasa, aspartasa
Especificidad relativa: Cuando la enzima es capaz de catalizar la transformación de más de un
sustrato aunque la afinidad con respecto a cada uno de ellos es diferente. Ej. Beta-glucosidasa,
quimotripsina, fosfatasas, etc.
Eficiencia catalítica: Se debe a que una sola molécula de enzima es capaz de transformar, en una
unidad de tiempo, grandes cantidades de moléculas de sustrato. Ej. La peroxidasa puede transformar
en un minuto, cinco millones (5x106) de moléculas de peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. El
peróxido es altamente tóxico para la célula.
Reversibilidad: La enzima afecta por igual la reacción en cualquier sentido que esta se verifique sin
que cambie el punto de equilibrio de la reacción.
En el medio celular muchas veces parece no verificarse la reacción inversa, es decir, parece que las
enzimas dirigen la reacción en una sola dirección. Esto se debe a la facilidad con que una reacción se
encadena con otra de modo que los productos de una reacción son el sustrato para otra. Por tanto las
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condiciones las condiciones físicas para la acción de la enzima cambian constantemente al sustraer de
la acción de la enzima los productos que se van formando.
Regulación de la actividad enzimática.
La regulación de la actividad enzimática está determinada por factores externos e internos.
Factores externos: concentración de la enzima, concentración del sustrato, pH y temperatura.
Factores internos: enzimas alostéricos (reguladores)
Concentración del sustrato
A medida que aumenta la concentración del sustrato la acción se mantiene constante debido al efecto
de saturación de la enzima por el sustrato. Esto significa que todos los centros activos de las
moléculas de enzimas presentes en la reacción se encuentran ocupados por el sustrato. En este caso
el factor limitante de la reacción pasa a ser la concentración de la enzima.
Concentración de la enzima.
Al aumentar la concentración de la enzima la velocidad de la reacción aumenta ya que aumenta el
número de centros activos capaces de transformar mayores cantidades de sustrato en producto
siempre que se fijen las demás condiciones (pH, temperatura, tiempo)
La cantidad de enzima está regulada por factores genéticos y se obtienen mediante síntesis proteica.
Efecto del pH.
Al comprobar experimentalmente la influencia del pH en la velocidad de las reacciones enzimáticas se
obtienen curvas que indican que los enzimas presentan un pH óptimo al cual su actividad es máxima.
A pH superiores o inferiores la actividad de la enzima disminuye
El pH puede afectar de varias maneras:
- El centro activo puede contener aminoácidos con grupos ionizados que pueden variar con el pH.
- La ionización de aminoácidos que no están en el centro activo puede provocar modificaciones en la
conformación de la enzima.
- El sustrato puede verse afectado por las variaciones del pH.
Algunas enzimas presentan variaciones peculiares. La pepsina del estómago, presenta un óptimo a
pH=2, y la fosfatasa alcalina del intestino un pH= 12
Efecto de la temperatura.
El punto óptimo representa el máximo de actividad. A temperaturas bajas, las enzimas se hallan "muy
rígidas" y cuando se supera un valor considerable (mayor de 50°C) la actividad cae bruscamente
porque, como proteína, la enzima se desnaturaliza.
Enzimas reguladores (alostéricas).
Son enzimas que regulan la velocidad de la vía metabólica completa y su actividad puede estar
regulada por la concentración del producto final o del sustrato inicial de la secuencia en la que
participen. Estas enzimas presentan centros alostéricos alejados del centro activo de la enzima a los
cuales se unen los efectores alostéricos, que son moléculas capaces de regular la actividad enzimática
positivamente (aumenta la velocidad de la reacción) o negativamente (disminuye la velocidad de la
reacción)
Feed – back: Es cuando la acumulación del producto final puede inhibir la actividad de la primera
enzima, regulando así la velocidad de toda la vía. En este caso la enzima que es inhibida es la enzima
alostérica y el producto final es el efector alostérico negativo.
Efector alostérico positivo: Es cuando permite la activación de la enzima acelerando la velocidad de la
reacción, o sea, de toda la vía metabólica.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s:
1.- Defina qué son las enzimas.
2.- Explique cuál es la importancia de las enzimas para el organismo vivo.
3.- Indique cómo se clasifican las enzimas.
4.- ¿Cómo se define el complejo funcional enzimático? Citar sus componentes y describirlos
5.- Explique cuáles son las propiedades de las enzimas que las diferencian del resto de las proteínas.
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6.- Explique cómo influye la concentración del sustrato sobre la velocidad de la reacción.
7.- Explique cómo influyen la concentración de las enzimas sobre la velocidad de la reacción.
8.- Explique el efecto de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones.
9.- Explique el efecto del pH sobre la velocidad de las reacciones.
10- Explique qué son las enzimas alostéricas y cuál es su función.
a) ¿De qué manera ejercen su acción para la regulación de la función enzimática?
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 7.
UNIDAD O TEMA: La fermentación
TITULO: La fermentación
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
La fermentación
El desarrollo histórico de la fermentación data de unos 8000 años, y es conocida de todos la historia
de Noé, quien se "paloteaba" con el sumo de uvas.
FERMENTACIÓN
"La fermentación es una de las operaciones más chocantes y más extraordinarias de todas las que la
química nos presenta". Lavoisier.
Fermentación es el proceso por el que las células pueden obtener energía sin llevar a cabo un
proceso de fosforilación oxidativa, o sea, en la fermentación la energía se obtiene mediante un
proceso químico de fosforilación a nivel de sustrato sin que se produzca una variación neta del poder
reductor de la célula.
La fermentación implica cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de las
enzimas. Esta definición general incluye prácticamente todas las reacciones químicas de importancia
fisiológica. Actualmente, los científicos suelen reservar dicha denominación para la acción de ciertas
enzimas específicas, llamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho,
las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se
encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la
leche) en ácido láctico.
En ausencia de un aceptor externo de electrones, muchos organismos pueden oxidar algunos
compuestos orgánicos con liberación de energía, proceso denominado fermentación. Bajo esas
condiciones sólo se produce la oxidación parcial del compuesto orgánico, y únicamente es liberada
una pequeña parte de la energía, permaneciendo el resto en los productos resultantes. Esas
oxidaciones parciales implican la misma sustancia como dador y aceptor de electrones a la vez.
Algunos átomos del compuesto inicial son oxidados y otros reducidos. A modo de ejemplo ponemos la
fermentación alcohólica, donde algunos de los átomos de carbono acaban en el C02, una forma más
oxidada que la glucosa, mientras que otros átomos de carbono acaban en el alcohol, que está más
reducido (esto es, tiene más hidrógenos y electrones por átomo de carbono) que la glucosa. La
energía generada en esta fermentación (57 kcal) no es liberada toda en forma de calor; parle de ella
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se conserva en forma de enlaces fosfato ricos en energía en el ATP, con una producción neta de dos
enlaces.
Los primeros estudios científicos serios sobre procesos de fermentación se llevaron a cabo por
Pasteur en el análisis de los procesos de producción y alteración del alcohol durante la fabricación del
vino. Hace apenas un siglo, Pasteur demostró que la fermentación se produce por medio de las
levaduras cuando éstas viven sin aire, por supuesto que se puede hacer vino sin conocer todos los
mecanismos de la fermentación, pero cuando estos mecanismos se conocen y se comprenden es más
fácil seguirlos, reproducirlos y dirigirlos.
"La fermentación es una correlación de la vida, y son las levaduras, hongos microscópicos
unicelulares, las que descomponen el azúcar en alcohol y gas carbónico”.
Los procesos de fermentación son universales: se encuentran en todo tipo de organismos y, por
consiguiente, probablemente represente una de las formas más antiguas de conservación de la
energía.
IMPORTANCIA DE LA FERMENTACIÓN
La fermentación tiene mucha importancia tanto desde el punto de vista positivo como negativo.
Lo positivo de la fermentación
Permite la obtención de productos industriales de gran utilidad para el hombre.
La fermentación anaeróbica de glucosa por levaduras produce etanol que es el producto principal de
las bebidas alcohólicas, y la producción de ácido láctico es el paso inicial en la producción de
productos lácteos fermentados incluyendo el queso. Para los panaderos, la producción de CO2 por la
fermentación de levaduras es el paso esencial en el esponjamiento del pan.
Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas complejas en
otras simples, gracias a una acción catalizada. Por ejemplo, debido a la acción de la diastasa, la
cimasa y la invertasa, el almidón se descompone (hidroliza) en azúcares complejos, luego en
azúcares simples y finalmente en alcohol.
La glicerina, la propanona, el butanol y el ácido butírico se producen actualmente a escala comercial
por procesos especiales de fermentación. Varios productos de fermentación de la leche como la
lactobacilina, el kéfir y el yogur se consumen abundantemente debido a sus propiedades nutritivas.
Fermentación láctica: se denomina así la fermentación cuyo producto final principal es el ácido
láctico. Es un proceso de fermentación presente en muchas bacterias del grupo láctico: Streptococcus
(grupo de enterococos), Pediococcus y varios grupos de Lactobacillus. Su importancia industrial
estriba en la bajada del pH de los productos donde se encuentran estas bacterias: esta bajada del pH
como consecuencia de la liberación de ácido láctico es suficiente para producir unos cambios químicos
en el producto (precipitación de proteínas durante el cuajado de la leche), cambios microbiológico
(protección del deterioro microbiano de alimentos como consecuencia de la eliminación de la flora
competidora) y organolépticos (los ácidos orgánicos de cadena corta, y entre ellos el ácido láctico
tienen características de producción de sabor) que hacen de esta fermentación un proceso muy
relevante en la producción de alimentos.
Hay otros muchos tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de
ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino
se convierte en vinagre.
FERMENTACIÓN Y RESPIRACIÓN.
Diferencias entre fermentación y respiración: en los procesos de fermentación la energía química
también deriva de la oxidación de compuestos reducidos. En cualquier proceso de oxidación se
produce una transferencia de electrones desde el compuesto reducido que se oxida hasta el
compuesto oxidado que se reduce, y en esa transferencia de electrones se produce la liberación de
energía. En los procesos oxidativos el aceptor final de los electrones de la oxidación es el oxígeno o,
de una manera más general, cualquier compuesto inorgánico oxidado. Sin embargo, en los procesos
fermentativos, la transferencia de electrones se produce hasta llegar a un aceptor final que es un
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compuesto orgánico oxidado. Por consiguiente, en un proceso de fermentación tanto el donador de
electrones como el aceptor son compuestos orgánicos, mientras que en un proceso de respiración el
donador de los electrones es orgánico y el aceptor inorgánico.
Existen muchos tipos de fermentaciones pero en todas ellas sólo ocurre una oxidación parcial de los
átomos de carbono del compuesto orgánico y por lo tanto sólo se produce una pequeña parte de la
energía disponible.
La oxidación en una fermentación está acoplada a la reducción de un compuesto orgánico generado a
partir del catabolismo del sustrato inicial, por lo que no son necesarios aceptores externos de
electrones. El ATP en la fermentación se produce a partir de la fosforilación a nivel de sustrato. Como
consecuencia de la no participación de un aceptor externo de electrones, el sustrato orgánico
experimenta una serie de reacciones oxidativas y reductoras equilibradas; los piridín nucleótidos
reducidos en un paso del proceso son oxidados en otro. Este principio general se ilustra en dos
fermentaciones: la fermentación alcohólica (típica del metabolismo anaeróbico de la glucosa por
levaduras) y la fermentación láctica (típica del metabolismo de algunas bacterias lácticas). Ambos
procesos fermentativos utilizan la ruta Embden-Meyerhof: las dos moléculas de NAD reducidas por
esta ruta se reoxidan en reacciones que implican un ulterior metabolismo del piruvato. En el caso de la
fermentación láctica, esta oxidación ocurre como consecuencia directa de la reducción del ácido
pirúvico a ácido láctico. En el caso de la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico se descarboxila
primero para formar acetaldehído y la reoxidación del NADH ocurre en paralelo con la reducción del
acetaldehído para formar etanol.
Las bacterias pueden producir productos fermentativos finales distintos al ácido láctico y al etanol
debido a las diferencias en el metabolismo del ácido pirúvico. Estos productos finales pueden ser ácido
fórmico, 2,3 butanodiol, isopropanol, ácido butírico, butanol. La mayor parte de las fermentaciones
bacterianas pueden originar varios productos finales, pero ninguna fermentación da lugar a todos los
productos finales.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA.
Se lo encuentra en levaduras, otros hongos y algunas bacterias. La fermentación alcohólica es la base
de las siguientes aplicaciones en la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.
Durante las reacciones de la glucólisis, el NAD ha sido reducido a NADH2. La célula tiene sólo una
reserva limitada de NAD, y si todo se convirtiese en NADH2, la oxidación de la glucosa debería
detenerse. Este obstáculo es superado por la oxidación del NADH2 de nuevo a NAD por medio de
reacciones que comprenden la conversión del ácido pirúvico en etanol y C02.
Este proceso ocurre en dos reacciones sucesivas:
1. piruvato --------> acetaldehído + CO2
2. acetaldehído + NADH +H+ -------> etanol + NAD+
El primer paso es la descarboxilación del ácido pirúvico a acetaldehído y C02; entonces hay una
transferencia de electrones del NADH2 al acetaldehído, transferencia que conduce a la formación de
etanol y NAD. El NADH2 que había sido producido anteriormente es de este modo oxidado otra vez a
NAD.
En cualquier proceso productor de energía la oxidación debe equilibrar la reducción, y debe existir un
aceptor para cada electrón retirado. En el ejemplo anterior, la reducción de NAD en un paso
enzimático está acoplada con su oxidación en otro. Los productos finales, CO2 y etanol, también están
en equilibrio de oxidorreducción.
Las reacciones que van desde la glucosa hasta el ácido pirúvico, descritas en la glucólisis, se
producen en una gran variedad de microorganismos, pero el ácido pirúvico resultante puede ser
utilizado posteriormente de diversas maneras.
Muchas bacterias, igual que animales superiores, llevan a cabo la reacción:
Ácido pirúvico + NADH2------------- ácido láctico + NAD
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siendo por tanto el producto final ácido láctico en vez de alcohol y CO2. Otras bacterias forman ácido
acético, succínico, u otros ácidos orgánicos, alcoholes como el .butanol, y cetonas como la acetona.
FERMENTACIÓN LÁCTICA.
Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo
esquelético humano. Es responsable de la producción de productos lácteos acidificados yogurt,
quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los
alimentos.
La fermentación ácido láctica es aquella que se lleva a cabo por las bacterias ácido láctica cuya
actividad se desarrolla en ausencia de oxígeno (anaerobiosis), y se manifiesta en la transformación de
los azúcares presentes en el vegetal, en ácido láctico, etanol y dióxido de carbono.
piruvato + NADH + H+-------> ácido láctico + NAD+
Tipos de fermentaciones de varios microorganismos
Tipo de fermentación
Alcohólica
Productos
Organismos
Levadura (Saccharomyces)
Etanol + CO2
Láctica
Ácido láctico
Ácido mixto
Ácido láctico, ácido acético,
etanol, CO2, H2
Butanediol, ácido láctico, ácido
acético, etanol, CO2, H2
Bacterias del ácido láctico
(Streptococcus, lactobacillus, etc)
Bacterias entéricas
(Escherichia, Salmonella)
Bacterias entéricas (Aerobacter,
Serratia)
Acido buritico
Ácido burítico, ácido acético, CO2,
H2
Algunos clostridios
(Clostridium butyricum)
Acetona - butanol
Acetona, butanol, etanol
Ácido propiónico
Ácido propiónico
Algunos clostridios
(Clostridium acetobutylicum)
Propionibacterium
Butanediol
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER´s:
1.- Defina qué se entiende por fermentación.
2.- Indique los principales tipos de fermentación que se conocen.
3.- Señale las diferencias entre fermentación y respiración.
4.- Explique en qué consiste la fermentación alcohólica.
5.- Indique la importancia que tiene la fermentación alcohólica para el hombre.
6.- Escriba las ecuaciones representativas de este proceso, señalando las enzimas participantes.
7.- Explique en qué consiste la fermentación láctica.
8.- Indique la importancia que tiene la fermentación láctica para el hombre.
9.- Escriba las ecuaciones representativas de este proceso, señalando las enzimas participantes.
10.- Ponga ejemplos de productos obtenidos mediante fermentación, señalando tipo de fermentación y
microorganismos participantes.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF’s # 3
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UNIDAD O TEMA: Las vitaminas
TITULO: Funciones de las vitaminas.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
Funciones de las vitaminas
Las vitaminas son substancias químicas no sintetizables por el organismo, presentes en pequeñas
cantidades en los alimentos, que son indispensables para la vida, la salud, la actividad física y
cotidiana ya que regulan todos los procesos fisiológicos de los diferentes organismos.
Las vitaminas no producen energía, por tanto no producen calorías. Estas intervienen como
catalizador en las reacciones bioquímicas provocando la liberación de energía. En otras palabras, la
función de las vitaminas es la de facilitar la transformación que siguen los substratos a través de las
vías metabólicas.
Son compuestos orgánicos esenciales en el metabolismo y necesarios para el crecimiento y, en
general, para el buen funcionamiento del organismo. 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. Sin embargo, aún falta mucho para tener una idea clara de las intrincadas formas en
que las vitaminas actúan en el cuerpo.
Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K, suelen consumirse junto con alimentos que contienen grasa y,
debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo, no es necesario tomarlas todos los días.
Las vitaminas hidrosolubles, las ocho del grupo B y la vitamina C, no se pueden almacenar y, por
tanto, se deben consumir con frecuencia, preferiblemente a diario, a excepción de algunas vitaminas
B.
TAREA DEL DIF’S
Los estudiantes se organizarán en equipos de cinco personas, consultarán otras bibliografías para
verificar la importancia de las vitaminas tanto para las plantas como para los animales. La socialización
de este trabajo se podrá realizar mediante la presentación de un cuadro resumen que resalte el tipo de
vitamina, sus principales fuentes de obtención, funciones y síntomas de su deficiencia y exceso.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF’s # 4
UNIDAD O TEMA: La fermentación
TITULO: Aplicaciones de los procesos de fermentación.
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FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
Aplicaciones de los procesos de fermentación
Desde tiempos inmemoriales, los microorganismos mejoraron y echaron a perder los alimentos y
bebidas destinadas al consumo humano, mucho antes de que se reconociera su existencia. Andando
el tiempo, y sin saber todavía que sucedía a nivel biológico, la gente aprendió a fermentar y explotar la
acción fermentativa de los microorganismos, en la fabricación de alimentos tales como el queso y la
cerveza.
Develada ya en lo esencial la actividad microbiana, los alimentos y bebidas fermentadas constituyen
hoy en día, un sector muy extenso e importante de la industria alimenticia. Con el desarrollo de las
técnicas de ingeniería genética, es de esperar que se produzcan grandes avances en la calidad y
exactitud de la producción microbiológica de alimentos y bebidas.
Fermentación es el proceso por el que las células pueden obtener energía sin llevar a cabo un
proceso de fosforilación oxidativa, o sea, en la fermentación la energía se obtiene mediante un
proceso químico de fosforilación a nivel de sustrato sin que se produzca una variación neta del poder
reductor de la célula.
La fermentación implica cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de las
enzimas. Esta definición general incluye prácticamente todas las reacciones químicas de importancia
fisiológica. Actualmente, los científicos suelen reservar dicha denominación para la acción de ciertas
enzimas específicas, llamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho,
las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se
encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la
leche) en ácido láctico.
TAREA DEL DIF’S
Los estudiantes organizados en equipos, deberán consultar bibliografía complementaria, incluyendo
sitios web, para analizar e intercambiar opiniones sobre los fundamentos básicos de los diferentes
tipos de fermentaciones así como la utilidad que tienen estos procesos para el hombre.
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