metabolismo en seres vivos bioquimica

PamplonaUniversidad deCentro de Educacin a Distancia

Programas de Educacin a Distancia

El Metabolismo en los Seres Vivos BIOQUMICAOrlando Matnez Cceres

Formando Colombianos de Bienlvaro Gonzlez JovesRector

Mara Eugenia Velasco Espitia

Decana Facultad de Estudios a Distancia

Luis Armando Portilla Granados

Director Centro de Educacin a Distancia

Tabla de ContenidoPresentacin Introduccin Horizontes UNIDAD 1: La Fundamentacin Bioqumica Descripcin Temtica Horizonte Ncleo Temtico y Problemtico Proceso de Informacin 1.1 PRINCIPIOS DE BIOQUMICA 1.1.1 La Bioqumica Moderna 1.1.2 Macromolculas Biolgicas Proceso de Comprensin y Anlisis Solucin de Problemas Sntesis Creativa y Argumentativa Autoevaluacin Repaso Significativo Bibliografa Sugerida UNIDAD 2: El Agua Descripcin Temtica Horizonte Ncleo Temtico y Problemtico Proceso de Informacin 2.1 PROPIEDADES GENERALES 2.1.1 Formas y Localizacin del Agua en los Alimentos Proceso de Comprensin y Anlisis Solucin de Problemas Sntesis Creativa y Argumentativa Autoevaluacin Repaso Significativo Bibliografa Sugerida

UNIDAD 3: El PH Descripcin Temtica Horizontes Ncleo Temtico y Problemtico Proceso de Informacin 3.1 GENERALIDADES Proceso de Comprensin y Anlisis Solucin de Problemas Sntesis Creativa y Argumentativa Autoevaluacin Repaso Significativo Bibliografa Sugerida UNIDAD 4: Las Biomolculas Descripcin Temtica Horizontes Ncleos Temticos y Problemticos Proceso de Informacin 4.1 LOS DULCES Y ESTRUCTURALES HIDRATOS DE CARBONO 4.2 CARBOHIDRATOS 4.3 MONOSACRIDOS 4.3.1 Glucosa 4.3.2 Fructosa 4.4 DISACRIDOS 4.5 POLISACRIDOS 4.5.1 Celulosa 4.5.2 Quitina 4.6 LPIDOS 4.6.1 Generalidades 4.6.2 Utilidad de los Lpidos 4.6.3 Caractersticas 4.6.4 Clasificacin 4.7 PROTENAS 4.7.1 Que son las Protenas? 4.7.2 Caractersticas 4.7.3 Aminocidos Esenciales y no Escenciales 4.7.4 Propiedades de las Protenas 4.7.5 Clasificacin 4.8 VITAMINAS 4.8.1 Vitaminas Liposolubles 4.8.2 Vitaminas Hidrosolubles 4.8.3 Vitaminas Falsas o Vitaminoides

4.8.4 Avitaminosis Proceso de Comprensin y Anlisis Solucin de Problemas Sntesis Creativa y Argumentativa Autoevaluacin Repaso Significativo Bibliografa Sugerida BIBLIOGRAFA GENERAL

El Metabolismo En Los Seres Vivos: Bioqumica

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PresentacinLa educacin superior se ha convertido hoy da en prioridad para el gobierno Nacional y para las universidades pblicas, brindando oportunidades de superacin y desarrollo personal y social, sin que la poblacin tenga que abandonar su regin para merecer de este servicio educativo; prueba de ello es el espritu de las actuales polticas educativas que se refleja en el proyecto de decreto Estndares de Calidad en Programas Acadmicos de Educacin Superior a Distancia de la Presidencia de la Repblica, el cual define: Que la Educacin Superior a Distancia es aquella que se caracteriza por disear ambientes de aprendizaje en los cuales se hace uso de mediaciones pedaggicas que permiten crear una ruptura espacio temporal en las relaciones inmediatas entre la institucin de Educacin Superior y el estudiante, el profesor y el estudiante, y los estudiantes entre s. La Educacin Superior a Distancia ofrece esta cobertura y oportunidad educativa ya que su modelo est pensado para satisfacer las necesidades de toda nuestra poblacin, en especial de los sectores menos favorecidos y para quienes las oportunidades se ven disminuidas por su situacin econmica y social, con actividades flexibles acordes a las posibilidades de los estudiantes. La Universidad de Pamplona gestora de la educacin y promotora de llevar servicios con calidad a las diferentes regiones, y el Centro de Educacin a Distancia de la Universidad de Pamplona, presentan los siguientes materiales de apoyo con los contenidos esperados para cada programa y les saluda como parte integral de nuestra comunidad universitaria e invita a su participacin activa para trabajar en equipo en pro del aseguramiento de la calidad de la educacin superior y el fortalecimiento permanente de nuestra Universidad, para contribuir colectivamente a la construccin del pas que queremos; apuntando siempre hacia el cumplimiento de nuestra visin y misin como reza en el nuevo Estatuto Orgnico: Misin: Formar profesionales integrales que sean agentes generadores de cambios, promotores de la paz, la dignidad humana y el desarrollo nacional. Visin: La Universidad de Pamplona al finalizar la primera dcada del siglo XXI, deber ser el primer centro de Educacin Superior del Oriente Colombiano. Luis Armando Portilla Granados Director CEDUP

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IntroduccinUn concepto fundamental de la bioqumica como muchos autores lo expresan, es la reaccin qumica del ser vivo, entendiendo la participacin de plantas, animales con inclusin del hombre. Otras definiciones lo relacionan como la Qumica de la vida. Lo que s se sabe a ciencia cierta, es la integracin del bilogo y el qumico para integrarse en el concepto del bioqumico. El propsito fundamental de la bioqumica es plantear procesos y procedimientos de la vida en un contexto molecular. Para obtener un mejor logro de comprensin de la bioqumica, son necesarios los conocimientos previos de la biologa y de la qumica. La primera de ella, nos induce en el mundo vegetal y animal. Una clula por simple que sea, contiene miles de macromolculas como de macromolculas; los procesos vitales como la audicin, visin, traslacin, etc. Son inducidos por molculas de la clula y los tejidos. El estudiante de la bioqumica, tiene que tener su relacin con las estructuras qumicas, moleculares, para que le permitan integrar los conceptos fundamentales de la bioqumica y as poder comprender los fenmenos bioqumicos del ser vivo. Boyer, divide la bioqumica para su estudio en dos niveles: La bioqumica estructural. La bioqumica informtica, que dispone la comunicacin del interior celular con su entorno extracelular.

Podemos afirmar adems, que existe otro nivel, el nivel metablico, que explicara en forma experimental los aconteceres de las reacciones qumicas en el ser vivo y su comprobacin a travs de las practicas de laboratorio, en donde el resultado final de estas interacciones seria la produccin de energa metablica, vital para el desempeo de las funciones tales como el pensar, el crecimiento y desarrollo, reproduccin.



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El presente mdulo de bioqumica, pretende auscultar en forma concreta los saberes biolgicos y qumicos del estudiante regular para comprender los fenmenos bioqumicos en la solucin de preguntas tan complejas como el origen de la vida, la transformacin del alimento que consumimos a diario en energa y su aprovechamiento para el crecimiento y desarrollo de los seres vivos. Para entrar en el campo de la bioqumica, su razn para estudiarla y comprenderla, es importante tener en cuenta algunos aspectos fundamentales de su campo de accin. La bioqumica moderna nos induce a la curiosidad por conocer los componentes celulares, su origen y desarrollo. De que forma las clulas de nuestro cuerpo obtienen la energa de los alimentos, la almacenan y la distribuyen en el preciso momento que la necesita. Interesantes estudios de bioqumica permiten conocer las deficiencias moleculares en la hormona insulina para el manejo clnico de la diabetes; la acumulacin de grasas saturadas y colesterol en niveles sanguneos, la fenilcetonuria, fibrosis quistica, el marasmo, el cncer, el SIDA y algunos trastornos del metabolismo de biomoleculas. La bioqumica mantiene estrecha relacin con la nutricin y la diettica; se vigila el grado de consumo alimentario en donde los componentes celulares juegan un rol importante en la bioenergtica. El uso de la biotecnologa, el manejo del ADN, para el descubrimiento de situaciones forenses, la fabricacin de nuevos frmacos, hacen del estudio de la bioqumica, una forma fcil, aguzable y comprensible de entender la razn de nuestro vivir.



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Horizontes Lograr que el estudiante contribuya al desarrollo experimental de situaciones reales o hipotticas en un sistema general de las Biomolculas, que ample su visin por la curiosidad investigativa, para conocer los fenmenos que estudia y poder ser creativo con su entorno. Crear en el estudiante la habilidad para analizar y discutir la composicin bioqumica del ser vivo, plantas, animales y el hombre. Crear situaciones reales y virtuales en la solucin de problemas de estructura y funcionamiento bioqumico. Lograr que el estudiante adquiera destrezas en su conocimiento practico para desarrollar teoras y experimentacin complementaria.



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UNIDAD 1: La Fundamentacin BioqumicaDescripcin Temtica Los contenidos programticos de esta unidad se refieren a la fundamentacin bsica desde los principios hasta nuestra era. La historia de la bioqumica desde sus comienzos, los bioqumicos fundamentalistas y los bioquimicos experimentales, as como una descripcin de los principales mtodos que actualmente se utilizan en la bioqumica.

Horizonte Todo estudiante de bioqumica bsica identificara los elementos, y aplicar sus conocimientos elementales de biologa y de la qumica general para comprometerlos en su razonamiento de la bioqumica. Efectuara una mezcla cientfica entre estas dos disciplinas y podr observar con suficiente claridad que los fenmenos qumicos no son otra cosa que las diferentes reacciones qumicas que suceden dentro de los organismos biolgicos.

Ncleo Temtico y Problemtico Principios de Bioqumica

Proceso de InformacinLa bioqumica es una ciencia moderna y practica, que trata de la qumica de los seres vivos. Un objetivo especifico del estudiante de bioqumica es observar y describir los procesos vitales en un entorno molecular, y con base en los fundamentos de estructura e identificacin de las molculas de la vida, aplicarlas en un reconocimiento a nivel de laboratorio.



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Actualmente, la bioqumica tiene una influencia trascendental en nuestra vida: nos da el conocimiento bsico de los procesos de la vida, trata de explicar el origen de las enfermedades y busca como remediarlas; encuentra la manera de mejorar la alimentacin y desarrolla nuevos mtodos de biotecnologa para resolver problemas cientficos, polticos y sociales. La humanidad ha utilizado los principios de la bioqumica durante miles de aos. La elaboracin del pan y la fermentacin de los jugos de fruta implican procesos bioqumicos fundamentales. Los primeros intentos que se hicieron para explicar los procesos de la vida estaban regidos por la doctrina del vitalismo, la cual sostena que toda la materia viva (Orgnica) posea una fuerza vital de la que careca la materia no viva (Inorgnica). Los vitalistas perdieron fuerza cuando Wohler sintetizo la urea, un compuesto orgnico natural, a partir de fuentes puramente inorgnicas. La qumica, la biologa y la fsica tuvieron gran influencia en el desarrollo de la bioqumica moderna. Las molculas naturales se forman fundamentalmente por los elementos carbono, hidrgeno, oxigeno, nitrgeno, fsforo y azufre. Algunos metales como sodio, calcio, magnesio, hierro y cobre a menudo se combinan con molculas orgnicas. Los tipos ms importantes de biomolculas incluyen a los carbohidratos, los lpidos, las protenas, los cidos nucleicos, las vitaminas y las hormonas. Muchas biomoleculas son polmeros de unidades monomericas; por ejemplo las protenas, los cidos nucleicos y los polisacridos. Desde hace tiempo, los cientficos reconocen dos tipos principales de organismos: los eucariotas, que incluyen a las plantas y animales, cuyas clulas tienen un ncleo caracterstico envuelto por una membrana y compartimientos internos (Organelos) bien definidos; y los procariotas, organismos unicelulares simples, como las bacterias y las algas azul-verde, que carecen de un ncleo celular diferenciado y de compartimientos internos. La bioqumica es una ciencia experimental que ha avanzado a partir de las observaciones realizadas en los laboratorios de las clulas y sus componentes. Los bioqumicos suelen trabajar con extractos celulares obtenidos de clulas y tejidos homogeneizados. La tcnica de centrifugacin diferencial separa clulas, componentes celulares y biomoleculas segn su tamao, forma y peso. Este mtodo experimental es muy importante para separar y estudiar las biomolculas responsables de llevar a cabo los procesos de la vida.



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1.1 PRINCIPIOS DE BIOQUMICA 1.1.1 La Bioqumica Moderna

Los habitantes de las antiguas civilizaciones de Egipto, China, India, Roma y otras, desconocan los fundamentos bioqumicos que rigen en la elaboracin del pan fermentado, la fermentacin de los jugos de fruta o el tratamiento de enfermedades con materiales obtenidos de plantas y animales. Sin embargo, la falta de ese conocimiento no impidi a las personas disfrutar de los resultados de esos procesos bioqumicos. Los primeros estudios de la Biologa, concretados a tratar las enfermedades y mantener una buena salud, estaban fuertemente enraizados en la filosofa y la religin.

Cosecha de la uva y produccin de vino representados en un antiguo mural egipcio. Las levaduras llevan a cabo la fermentacin de los carbohidratos del jugo de uva en etanol.

En el siglo IV a.C. los chinos crean que los humanos contenan 5 elementos: agua, fuego, madera, metal y tierra. Cuando estos elementos estaban adecuadamente balanceados, haba salud; en caso contrario provocaba enfermedad. Los mdicos chinos descubrieron en el siglo VII, que la ceguera nocturna poda tratarse con hgados de cerdo y de oveja. Los mdicos y los bioqumicos modernos saben que este mal se debe a una deficiencia de vitamina A, un compuesto bioqumico que abunda en el hgado. Los griegos de la antigedad, incluyendo a Platn, intentaron explicar el cuerpo en trminos de teoras cosmologicas y hacan hincapi en la dieta para el tratamiento de enfermedades. El termino griego para digestin, pepsis, que significa salud interna, es el origen de la palabra pepsina, una enzima digestiva. El medico griego Galeno (129-199) era partidario de emplear un enfoque farmacolgico para estar sano, tratando las enfermedades con productos derivados de plantas y animales.



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La Biologa rabe, que floreci despus de la fundacin de Bagdad en el ao 762, estuvo muy influenciada por la antigua literatura cientfica griega. Sin embargo, los rabes no estaban satisfechos con la naturaleza abstracta de la ciencia griega, as que introdujeron mejoras en el empleo de las recetas farmacuticas griegas, para lo cual determinaron y clasificaron la fuerza y la naturaleza qumica de los frmacos naturales. La literatura cientfica griega y rabe lleg a Europa occidental hasta el siglo XI. Siglos despus se establecieron escuelas de medicina en Bolonia, Paris y Toledo, donde prevalecieron las enseanzas de los griegos. Paracelsus (1493-1541), una figura clave en la ciencia europea, inicio el distanciamiento de las antiguas doctrinas medicas de Aristteles. Galeno y Avicena (980-1037), este ultimo un cientfico rabe. Paracelsus estudio medicina en varias universidades de Europa, pero no se sabe con certeza si termino los requisitos para graduarse en esa rea. Paso su vida escribiendo y viajando de ciudad en ciudad exponiendo sus ideas revolucionarias acerca de la medicina y la biologa. Sus conceptos de bioqumica han sido descritos por Pachter de la siguiente manera: como bioqumico (Paracelsus), afirmaba que el hombre esta hecho del mismo material que el resto de la creacin, se alimenta de las sustancias que forman el universo, y esta sujeto a las leyes que gobiernan su crecimiento y decadencia. Al mismo tiempo, cada ser vivo es nico, constituido de manera individual y sigue su propio destino. Incluso ahora, despus de 450 aos de la muerte de Paracelsus, nos impresiona la incertidumbre de su visin. Influenciados por Paracelsus, los bilogos de los siglos XVII y XVIII comenzaron ya en serio un enfoque ms molecular para estudiar los materiales y los procesos biolgicos. El proceso de la digestin fue uno de los temas favoritos de muchos cientficos, quienes se empezaron a dar cuenta que lo podran explicar por medio de principios qumicos. Durante el siglo XIX, cualquier proceso biolgico que no pudiera entenderse en trminos qumicos, se explicaba con la doctrina del vitalismo. Los vitalistas argumentaban que la presencia de una fuerza vital (de la vida o del alma) era lo que distingua el mundo orgnico vivo del mundo orgnico inanimado. El experimento que destruyo las ideas del vitalismo fue la sntesis de urea, un compuesto orgnico localizado en las clulas naturales. En 1.828, utilizando tan solo amoniaco y cido cinico, reactivos inorgnicos y por consiguiente, sin vida, el qumico Alemn Friedrich Wohler sintetiz la urea: O NH3 + N = C___OH N = C__O- NH+4calor

H2N

C Urea

NH2



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Resulta difcil sealar una poca o evento particular que diera inicio a la bioqumica moderna. Para muchos historiadores de la ciencia, el punto de partida fue la sntesis de urea in Vitro (sin clulas biolgicas) lograda por Wohler. La importancia de este suceso se conmemor con la emisin de una estampilla postal en el centenario de la muerte de Wohler.

La Bioqumica en Nuestra Era

Watson y Crick y su modelo rudimentario de la doble hlice del ADN.

Desde aquellos primeros indicios hasta la bioqumica actual, existe algo mas que un s solo camino. Dos apartadas y distintas vas de investigacin cientfica permitieron el estado actual de nuestro conocimiento bioqumico. Una de las vas se puede trazar con las rigurosas ciencias fsicas y enfatizar las caractersticas estructurales de las biomoleculas. Este enfoque ha aplicado las leyes bsicas de la fsica y la qumica para explicar los procesos de la clula viva. As, por ejemplo, en el siglo XX Linus Pauling utiliz la cristalografa de rayos X como herramienta para estudiar la estructura de las protenas. La otra va, caracterizada por el estudio de la organizacin y la funcin de la clula, la recorrieron los bilogos, en particular los microbilogos, bilogos celulares, fisilogos y genetistas. La primera vez que se empleo el termino bioqumica no esta especificado; Sin embargo, los primeros cientficos considerados bioqumicos viajaron sobre la ruta de las ciencias fsicas. Las dos vas de estudio convergieron en 1.952, cuando James Watson y Francis Crick anunciaron la estructura de la doble hlice del DNA. Aqu se unieron la aplicacin de la fsica (La cristalografa), la qumica (Estructura y enlace) y la biologa (Almacenamiento y transferencia de la informacin gentica) para ayudar a resolver lo que en esa poca era el problema biolgico ms excitante y complejo: la estructura del DNA, el material gentico. Desde entonces, el crecimiento del conocimiento en la ciencia bioqumica ha sido enorme. El termino biologa molecular se utiliza a menudo para describir los estudios en los que convergen la qumica y la biologa. Se consolid en 1.938 por directivos de laUNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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fundacin Rockefeller para describir un nuevo programa de financiamiento que fomentara la aplicacin de herramientas de las ciencia fsicas a la biologa, bioqumica, biologa celular y gentica. Los objetivos de la bioqumica y la biologa molecular son similares; no obstante, los enfoques que cada una utiliza para resolver problemas son distintos. Los bilogos moleculares tienden a enfatizar el estudio del material gentico (RNA y DNA), en especial su papel en la transferencia de la informacin biolgica, y utilizan enfoques experimentales ms biolgicos que implican organismos, DNA recombinante y gentica molecular. Como ya se menciono, los bioqumicos se interesan mas por la estructura y funcin de las biomoleculas y el intercambio energtico entre ellas. Por lo regular, los bioqumicos utilizan herramientas diseadas para hacer mediciones fsicas y qumicas, e incluso emplean tcnicas de biologa molecular. Los limites entre la bioqumica y la biologa molecular estn desapareciendo muy rpido. Para los bioqumicos, ahora tiene la misma importancia conocer el ciclo celular que el ciclo del cido ctrico del metabolismo; para los bilogos moleculares es esencial conocer y entender las estructuras qumicas de las biomoleculas. La bioqumica y la biologa molecular casi son indistinguibles porque ambas buscan respuestas para la misma pregunta: Qu es la vida?

La Materia Viva Contiene C, H, O, N, S Y PLos elementos de las biomolculas:

Tabla peridica de los bioqumicos

De los ms de 100 elementos qumicos, solo cerca de 28 (26%) se hallan en forma natural en las plantas y los animales. Como se muestra en la figura, los elementos que se encuentran en el material biolgico se dividen en tres categoras: Elementos que se encuentran en abundancia y son esenciales para la vida: Carbono, hidrgeno, oxigeno, nitrgeno, fsforo y azufre, todos ellos constituyen alrededor del 92% del peso seco de las cosas vivas.UNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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Elementos presentes en cantidades micro y que son esenciales para la vida, tales como calcio, manganeso, hierro y yodo. Gligoelementos que pueden ser necesarios para la vida, tales como arsnico, bromo y molibdeno.

No sabemos con exactitud como fueron seleccionados esos elementos por las formas de vida primitiva durante las primeras etapas del proceso evolutivo. Los elementos constitutivos de las biomoleculas tienen propiedades y caractersticas muy diferentes. Casi todos los grupos de la tabla peridica de los elementos estn representados en el material biolgico, incluyendo los metales y los no metales. Una de las dos hiptesis siguientes puede explicar esa seleccin: hubo una seleccin preconcebida por las caractersticas favorables de un elemento o hubo una seleccin aleatoria de la sopa de elementos presente en la corteza terrestre, la atmsfera y el universo. Si esta ultima fuera cierta, entonces esperaramos encontrar aproximadamente la misma proporcin de elementos en el universo de la que encontramos en los organismos biolgicos. Al comparar la composicin elemental de la corteza terrestre y del universo con la de la materia viva. Debemos concluir que los elementos fueron seleccionados segn su capacidad de realizar ciertas funciones estructurales o de aportar reactividades especificas. Por ejemplo, el carbono forma diversos enlaces covalentes con otros tomos de carbono o con otros elementos como nitrgeno, hidrgeno, oxigeno o azufre. Esta caracterstica permite la construccin de largas cadenas de carbono y de anillos con grupos funcionales reactivos que contienen nitrgeno, oxigeno y azufre, como los que se encuentran en las protenas, cidos nucleicos, lpidos y carbohidratos. El hierro fue seleccionado por presiones de la evolucin debido a su capacidad de unirse con molculas de oxigeno de manera reversible. Los elementos que se encuentran en la tierra y en la atmsfera , pudieron haberse probado por prueba y error en los organismos vivos durante millones de aos. Aquellos elementos que fueron ms aptos para realizar las tareas necesarias y lo que es ms importante, permitieron el desarrollo de plantas y animales, son los que permanecieron.

Combinacin de los Elementos en CompuestosLa combinacin de elementos qumicos en biomolculas genera una gran variedad de estructuras qumicas y tipos de reactividad. Los compuestos que se presentan en cualquiera de los tres estados de la materia (gases, slidos y lquidos) estn presentes en las clulas vivas. Uno de los ltimos adelantos en la bioqumica es el



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descubrimiento de una enzima que cataliza la sntesis del gas de oxido ntrico (NO) en el cerebro y otros rganos, donde se encarga de regular procesos biolgicos. Las molculas que existen en la naturaleza incluyen, entre otras, a cationes, aniones, compuestos covalentes, compuestos inicos, iones metlicos y complejos de coordinacin. Varios ejemplos muy conocidos ilustran las diversas series de compuestos orgnicos y rgano metlicos que llevan a cabo mltiples funciones celulares. Los carbohidratos actan como nutrientes en el metabolismo energtico, adems de contribuir en forma importante en la estructura de las clulas y en el reconocimiento molecular. Los lpidos son un grupo heterogneo de compuestos orgnicos que exhiben baja solubilidad en agua; su principal funcin es la de actuar como fuentes de energa en el metabolismo, como componentes de las membranas celulares y como hormonas. Las vitaminas son un vasto grupo de compuestos orgnicos que intervienen en el crecimiento y desarrollo adecuados. Entre los compuestos rgano metlicos naturales destacan el hemo y la clorofila; Ambos constan de un anillo de porfirina sustituido y coordinado con un Ion metlico. El hemo, un anillo de porfirina con hierro se encuentra en las protenas mioglobina y hemoglobina, transportadas de oxigeno, en protenas respiratorias como el citocromo c y en enzimas como la catalasa. La clorofila es un compuesto de magnesio y porfirina muy abundante en las plantas verdes, donde funciona como receptor de la energa luminosa. 1.1.2 Macromolculas Biolgicas

Muchas de las molculas presentes en las clulas biolgicas son muy grandes para los estndares de la qumica orgnica e inorgnica. Los tres tipos principales de macromolculas naturales encontradas en las clulas biolgicas son: los cidos nucleicos, las protenas y los polisacridos. Estas molculas participan en una serie de procesos biolgicos complejos tales como almacenamiento y transferencia de la



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informacin gentica (cidos nucleicos), catlisis de reacciones bioqumicas (Protenas llamadas enzimas), unin entre clulas y organismos (Protenas estructurales y polisacridos), transporte de molculas pequeas a travs de membranas celulares o desde un sitio del organismo a otro (Protenas de transporte) y proteccin del organismo contra agentes infecciosos (Anticuerpos). Aunque sus estructuras y funciones son muy distintas, todas las macromolculas tienen caractersticas similares: son polmeros formados por la combinacin de cientos, miles e incluso millones de molculas prefabricadas ms pequeas llamadas monmeros. El producto formado por la polimerizacin de miles de monmeros de glucosa puede ser almidn o celulosa, dependiendo del tipo de enlace qumico que se forme entre los residuos de glucosa. Estas macromolculas se llaman polisacridos por que constan de muchas molculas de sacrido (Azcar). Como las unidades monomericas que forman estos polisacridos son qumicamente idnticas, suelen denominarse homopolmeros. Las protenas son los productos de la unin de aminocidos por enlaces amido; para construir las protenas se dispone de veinte aminocidos distintos como bloques monomericos, de ah que las protenas formadas sean heteropolimeros. La combinacin de aminocidos tan diversos en las protenas da lugar a un nivel de complejidad molecular y diversidad estructural imposible para el almidn o la celulosa. Al cambiar el orden (la secuencia) y l numero de monmeros de aminocidos, se forman distintas protenas; esto permite la construccin de un vasto repertorio de diferentes molculas de protenas, cada una con sus propias caractersticas qumicas, fsicas y biolgicas. Sin embargo, dentro de los organismos de todas las molculas de una protena particular (por ejemplo, la hemoglobina) tienen, en general, una secuencia idntica de aminocidos. Los cidos nucleicos son heteropolimeros de unidades monomericas llamadas nucletidos. El cido desoxirribonucleico (DNA), la forma qumica de almacenamiento de la informacin gentica, consiste en monmeros de desoxiadenosina 5 -monofosfato (d AMP), desoxiguanosina 5- monofosfato (d GMP), desoxicitidina 5- monofosfato (d CMP) y desoxitiminidina 5- monofosfato (d TMP). Cada molcula de ADN del cromosoma humano contiene millones de nucletidos. El cido (RNA), implicado en la transferencia de informacin gentica y en la catlisis biolgica, es un heteropolimero de adenosina 5-monofosfato (AMP), guanosina 5-monofosfato (GMP), histidina 5-monofosfato (CMP), y uridina 5-monofosfato (UMP). La informacin gentica presente en los cidos nucleicos es codificada por la secuencia de nucletidos.



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La sntesis de las protenas, los cidos nucleicos y los polisacridos son procesos que requieren de una compleja maquinaria celular, con un control preciso para asegurar su reproductividad y preservar la enorme cantidad de energa qumica. Toda la informacin necesaria para dirigir estas tareas reside en el DNA del organismo. La clula no solo debe proporcionar las enzimas para catalizar las innumerables reacciones sintticas, sino tambin proveer la maquinaria molecular para descifrar el mensaje contenido del ADN as como controlar y regular la produccin de biomolculas.

La Centrifugacin en BioqumicaSegn Boyer, la bioqumica es una ciencia experimental. El conocimiento de los procesos biolgicos a nivel molecular proviene de las observaciones realizadas en el laboratorio, de clulas y sus componentes, en especial de las biomoleculas. Antes de aplicar la bioqumica experimental, el objeto que se desea estudiar, debe separarse de su entorno natural. Una herramienta muy til para aislar clulas, organelos celulares, y biomoleculas, es la centrfuga, con la cual los bioqumicos aprovechan que las clulas, los organelos celulares y las macromolculas tienen diferentes pesos, tamaos y formas. Al someter una muestra biolgica a una fuerza de gravedad extrema hacindola girar a altas velocidades, los componentes de la muestra se sedimentan a una velocidad que depende de su masa, tamao y forma. As, para aislar clulas de bacterias de un medio de fermentacin o eritrocitos (Clulas rojas de la sangre) las muestras se colocan en un tubo y se centrifugan a una velocidad de 1000 a 2000 rpm. La centrifugacin genera un campo de gravedad de aproximadamente 1000 g (1000 veces la gravedad). Las clulas intactas se depositan en el fondo del tubo y encima queda un liquido sobrenadante; este se decanta, y en el tubo queda una pastilla o pellet de clulas enteras. Los bioqumicos trabajan muy poco con clulas intactas, mas bien utilizan extractos de clulas. Para preparar un extracto de clulas procariotas o eurocariotas, las clulas enteras se homogeneizan en una solucin acuosa; con esto se rompe la membrana plasmtica y la pared celular (Cuando esta presente) liberando todos los componentes internos de la clula, intactos en la solucin. El proceso de homogenizacin se puede efectuar por varios mtodos: moliendo en un mortero con pistilo y utilizando una sustancia abrasiva, como arena; Rompiendo las clulas bajo alta presin; o empleando un homogeneizador elctrico, que consiste en un pistilo de tefln y un tubo de vidrio.



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Una vez el citoplasma y sus componentes quedan libres y suspendidos en la solucin, los organelos se pueden aislar mediante la tcnica de centrifugacin diferencial. Se muestra la suspensin de clulas rotas, conocida como extracto crudo u homogeneizado celular, se somete a varias centrifugaciones sucesivas a velocidades cada vez mas altas. El sobrenadante de cada corrida o centrifugacin se decanta en otro tubo y s centrfuga a una velocidad mayor. Cada tipo de organelo celular tiene un tamao, una forma y un peso caractersticos, y puede separarse de los dems organelos porque sedimenta a una distinta fuerza de gravedad. Por ejemplo, las mitocondrias se sedimentan en un tubo sometido a una fuerza de gravedad de alrededor de 20000 x g. Despus de esta etapa, el bioqumico puede desechar el sobrenadante y guardarlas mitocondrias para estudiarlas mas adelante. Para la centrifugacin final, a 100000 x g, se requiere de una ultracentrifuga que alcanza velocidades muy altas. El sobrenadante obtenido contiene el citoplasma y sus protenas solubles, adems de otras molculas. Muchas de las enzimas del metabolismo se encuentran en el citoplasma soluble. Por medio de centrifugacin tambin se puede separar y estudiar macromolculas con distintas densidades (Masa por unidad de volumen). Una muestra de macromolculas, por ejemplo cidos nucleicos, se deposita en la parte superior de un tubo de centrfuga que contiene un gradiente de densidad creciente de arriba abajo. Durante la centrifugacin, las molculas se asientan en el tubo hasta que encuentran una zona con la misma densidad. Ellos permanecen en dicha zona hasta finalizar la centrifugacin. Las fracciones se retiran del tubo para aislar y estudiar las macromolculas de distintos tamaos.

Proceso de Comprensin y Anlisis Cul es la diferencia entre bioqumica antigua y bioqumica moderna? Son las bases biomoleculares de la dcada pasada similares a la fundamentacin post-moderna.

Solucin de Problemas Que discusin se plantea en forma tica sobre procesos de clonacin y utilizacin de clulas madres en regeneracin de tejidos.



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Sntesis Creativa y Argumentativa En un cuadro sinptico sealar las principales teoras sobre el origen de las biomolculas. Elaborar un listado de los principales exponentes cientficos y su relacin con los principios biomoleculares. Que opinin tiene sobre los avances modernos de la bioqumica molecular?

Autoevaluacin En unin con sus compaeros realizar un anlisis del tema el origen de las molculas. Discutir la relevancia que tienen los principios bioqumicos modernos.

Repaso Significativo Por qu es importante conocer los ltimos descubrimientos bioqumicos forenses para determinar responsabilidades paternas?

Bibliografa SugeridaBOHINSKI, Robert. Bioqumica. Fondo educativo interamericano, S.A. 2003. BRAVERMAN. J. aguilar. 2003. S. Introduccin a la bioqumica de los alimentos. 15a. Edicin. Editorial

HARPER. Bioqumica de Harper. Mxico, D.F. 2001.

Editorial El Manual Moderno.

VARGAS, Wenceslao. Introduccin a la ciencia alimentaria. Editorial Italgraf. 2004

Direcciones Electrnicaswww.actosdeamor.com/vitaminam.htm www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htmUNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htm> www.bioquimica.com www.introduccionalabioquimicacom www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html www.uned.es/pea-nutricion-y-dietetica-I/guia/guianutr/compo40.htm



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UNIDAD 2: El AguaDescripcin Temtica El contenido programtico de esta unidad se refiere a la molcula de agua. Su composicin qumica, las diferentes clases de agua existentes en la naturaleza, el agua metablica o agua presente en las macromolculas, la utilizacin del agua como medio de consumo, la presencia del agua en los alimentos y el agua como dieta para el control de peso.

Horizonte Aplicar los conocimientos adquiridos sobre el agua a diferentes estados de la materia, identificando que la molcula de agua es un componente estructural en todas las reacciones bioqumicas.

Ncleo Temtico y Problemtico Propiedades Generales

Proceso de Informacin2.1 PROPIEDADES GENERALES

La formula del agua est simplificada en H20, dos tomos de hidrgeno ligado a un tomo de oxigeno, es una sustancia nica en la tierra que se presenta en los tres estados fsicos de la materia: slida, liquida y gaseosa, y es una de las molculas ms abundantes. Segn Vargas, el agua presenta propiedades, que son as mismo nicas excepcionales especialmente en cuanto ellas se relacionan con los procesos vitales y los hechos alimentarios. Este carcter nico y excepcional se hace evidente



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cuando dichas propiedades fsicas se comparan con las de otras sustancias similares al agua en peso molecular o estructura qumica: CH4, NH3, H2S, H2Te. Esta comparacin nos permite comprobar que, frente a tales compuestos, el agua posee valores que en grado sorprendente son altos para sus puntos de fusin y ebullicin, su tensin superficial, constante dielctrica, calor especifico, calores de fusin, vaporizacin y sublimacin. Su densidad en estado liquido es moderadamente baja, con un extrao valor mximo a 3.98 C. As mismo ofrece la rara propiedad de dilatarse al solidificarse y una viscosidad que, a la luz de lo anterior, es raramente normal. Su conductividad trmica es grande, comparada con la de los otros lquidos, en tanto que la conductividad trmica del hielo es moderadamente grande en comparacin con la de otros slidos no metlicos. Pero esta conductividad trmica del hielo a 0C es alrededor de cuatro veces la del agua a la misma temperatura, lo cual indica que el hielo conduce al calor a mayor velocidad que el agua inmovilizada, como seria el caso de un tejido biolgico. La difusin trmica en el agua y en el hielo indica la velocidad a la cual estos dos estados fsicos experimentan cambios en la temperatura. La difusividad trmica del hielo es alrededor de nueve veces superior a la difusin en el agua, lo cual muestra que en un ambiente dado el hielo experimenta los cambios de temperatura a mucho mayor velocidad que el agua. Estas propiedades cumplen un papel importante en el comportamiento del agua en los alimentos de los cuales ella es componente o a los que ella es incorporada durante la manipulacin, conservacin, procesamiento y elaboracin. Por ejemplo la considerable diferencia entre las densidades del agua y del hielo pueden producir daos en la estructura fsica interna al congelar los alimentos. Los cambios en la densidad del hielo con la temperatura pueden generar tensiones en los alimentos congelados y, puesto que los slidos son mucho menos elsticos que los semislidos, pueden producirse daos estructurales ocasionados por tales temperaturas fluctuantes, aun en los casos en que esas fluctuaciones se presenten por debajo del punto de congelacin. Los valores excepcional y comparativamente altos en las propiedades calricas del agua, son de importancia para las operaciones de procesamiento de alimentos, tales como la congelacin y el secado. La diferencia en los valores de la conductividad y la difusin trmicas del agua y del hielo proporcionan buena base para explicar por que los tejidos vegetales y animales se congelan mas rpidamente que se descongelan ante cambios iguales en la temperatura.



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La ciencia encuentra la razn de tal comportamiento en la estructura de la molcula del agua y en su consecuente capacidad para formar puentes de hidrgeno entre sus propias molculas y con las molculas de otros compuestos. Recordemos que, en las molculas formadas por enlaces covalentes entre tomos iguales, el comportamiento de cada par de electrones comprometidos en cada unin es completamente uniforme, ya que los ncleos atmicos ejercen una atraccin idntica sobre dichos electrones. Srvannos de ejemplo las molculas H2, O2, N2. En ellas la distribucin de la carga negativa de los electrones es simtrica en la molcula. Sin embargo en la mayora de los compuestos covalentes los tomos comprometidos en cada enlace corresponden a variedades diferentes. Citemos como ejemplo los enlaces H-O, H-Cl, C-H, S-H, C-O. En estos enlaces el tomo ms electronegativo ejerce una mayor atraccin sobre los electrones comprometidos en esa unin, como consecuencia de lo cual la distribucin de cargas negativas no es simtrica: Dicha carga negativa se hace ms densa en la vecindad del tomo ms electronegativo, que as pasa a constituir un polo negativo. El otro extremo del enlace, que ha quedado deficitario en electrones, se convierte en un polo positivo. Este tipo de enlaces se denomina enlace polar, en contraposicin a los enlaces que ocurren en las molculas de distribucin electrnica simtrica por igualdad de tomos unidos, los cuales constituyen enlaces apolares. Con todo, debemos tener en cuenta que existen molculas de dos o ms tomos en que la orientacin de los enlaces puede compensar su polaridad, siempre y cuando la magnitud de los dipolos sea idntica y la molcula sea lineal en la orientacin de dichos dipolos. El agua exhibe una constante dielctrica relativamente alta, por lo cual debemos suponer que es una molcula polar y que por ende su estructura no puede ser lineal como la del dixido de carbono, sino que sus enlaces deben formar ngulo. De este modo la molcula presenta un dipolo cuyo extremo negativo es el tomo de oxigeno y cuyo polo positivo deber estar localizado en un punto aproximadamente equidistante entre los ncleos de hidrgeno. En efecto, las medidas logradas han establecido que en las molculas de agua los tomos estn organizados en ngulos de alrededor de 105 y la distancia entre los ncleos del hidrgeno y l oxigeno es de 0.957 A. Lo cual a llevado a considerar la molcula de agua como un cuadrpolo esfrico en cuyo centro se encuentra el tomo de oxigeno y en donde las dos cargas positivas y las dos cargas negativas forman los ngulos de un tetraedro regular. Dada la separacin entre las cargas o polos de la molcula de agua, la atraccin entre molculas vecinas es mayor que las fuerzas



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normales de Van der Waals. Bien sabemos que estas ultimas fuerzas son muy dbiles toda vez que provienen de simples dipolos transitorios formados en molculas apolares constituidas por tomos diferentes. La unin por atraccin entre las molculas del agua pura puede entonces generar redes. En el hielo cada molcula de agua est unida por cuatro enlaces o puentes con sus vecinas. En consecuencia la capacidad del agua para unirse tridimensionalmente, mediante puentes de hidrgeno, proporciona una explicacin lgica a muchas de sus inslitas propiedades, tales como los grandes valores de su calor especifico y sus puntos de fusin, vaporizacin y sublimacin, toda vez que se necesita energa adicional para romper los puentes de hidrgeno tendidos entre unas y otras molculas de agua. El carcter dipolar de la molcula de agua y su consecuente capacidad para tender puentes de hidrgeno permiten explicar las hidrosolubilidad de muchas sustancias, en particular diversos componentes directamente comprometidos en los procesos bioqumicos, los tejidos biolgicos y los alimentos. La solubilidad de una molcula dada en el agua est determinada por su capacidad para atraer el agua y formar con ellas enlaces de hidrgeno. Recordemos y tengamos presente que en general las sustancias inicas y polares se disuelven con facilidad en las sustancias polares. Por ejemplo en el HCl el electrn del tomo de hidrgeno se ha fijado al cloro, electronegativo, y con ello dicho hidrgeno ha quedado convertido en un protn, con su carga positiva compensada por la carga negativa adquirida por el cloro. En estas condiciones el H+ atrae fuertemente los polos negativos de las molculas de agua mientras el Cl- lo hace con los polos positivos de la misma. El fenmeno puede expresarse mediante la siguiente ecuacin: H+ Cl- + H2 O H+ (agua) + Cl- (agua).

De igual modo, los iones positivos y negativos de las sales disueltas en el agua atraen las molculas de sta constituidas en dipolos: Na+Cl-+ H2O Na+ (agua)+ Cl- (agua).

Este fenmeno se denomina hidratacin o solvatacion. Los iones de la sal quedan rodeados de molculas de agua, orientadas segn su polaridad. Los enlaces polarizados de sustancias orgnicas pueden tambin atraer el agua y formar con ella puentes de hidrgeno. Ahora bien, estos y otros radicales



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polarizados son abundantes y caractersticos de las molculas de variables tamaos y complejidades que constituyen los alimentos. Los grandes y clsicos ejemplos los tenemos en los carbohidratos, los lpidos y las protenas. En consecuencia estas biomoleculas pueden atraer molculas de agua, retenerlas y aun llegar a recubrirse con envolturas hdricas. El agua que permanece presente en algunos de los alimentos como las harinas es un caso tpico de retencin mediante enlaces de hidrgeno entre las protenas y el agua. El agua induce tambin la formacin de enlaces hidrofobicos o hidrfobos. Los compuestos orgnicos de los materiales biolgicos y de los alimentos poseen radicales apolares que tienden a repeler el agua, por lo que su capacidad para unirse a ella y disolverse en ella es nula no muy baja. Los radicales hidrocarbonados representan los grupos ms hidrfobos. Cuando dichos grupos se encuentran o son colocados en un medio acuoso, ellos tienden a asociarse entre s, uno a otro, mas bien que con las molculas del agua. La unin de tales grupos constituye el enlace hidrfobo. En consecuencia el agua puede afectar la conformacin de las macromolculas de los alimentos cuando ella tenga algn efecto sobre cualquiera de los enlaces no covalentes que estabilizan la estructura de la gran molcula. Estos enlaces no covalentes son de tres clases: puentes de hidrgeno, enlaces inicos y enlaces apolares. En forma reciproca, las molculas y los iones disueltos o dispersos en el agua ofrecen variables influencias sobre la estructura de dicho liquido, al igual que sobre la estructura del hielo cuando los alimentos, tejidos y fluidos biolgicos son sometidos a congelacin. 2.1.1 Formas y Localizacin del Agua en los Alimentos

Los trabajos y estudios realizados por la ciencia indican que el agua puede estar presente en los alimentos bajo diferentes formas, de acuerdo con su grado de asociacin y su relacin con la estructura fsica y la composicin qumica de los tejidos y productos alimenticios. Podemos pensar por ejemplo que en los alimentos lquidos, como una bebida, un jugo o la leche, las sustancias slidas y sus molculas y aun sus iones se encuentran disueltos o suspendidos dentro del agua, rodeados de grandes proporciones de molculas de agua por todas partes. Precisamente por esta razn se dice que en tales condiciones el agua constituye lo que se ha llamado la fase continua, fase dispersante o fase disolvente, mientras que las sustancias en ella suspendidas o disueltas constituyen la fase discontinua, fase dispersa o fase disuelta. En la mantequilla por el contrario el agua se encuentra emulsificada bajo diminutas gotas dispersas dentro de la materia grasa.



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En los postres gelatinosos el agua est sujetada o atrapada bajo la forma de los llamados geles coloidales. En otros alimentos slidos el agua se encuentra adsorbida bajo la superficie del producto y hasta es posible observar que, bajo determinadas condiciones de humedad atmosfrica, dichos alimentos tienden gradualmente a licuarse en su zona de contacto con el aire y a formar costras, como son los casos de la leche en polvo, el azcar comn y las panelas. La leche constituye un sistema representativo de varias formas de asociacin del agua. Dicho producto es un medio heterogneo en el que existen cuatro sistemas diferentes, cada uno de los cuales constituye un medio homogneo en distinto estado de divisin respecto de los otros tres medios. Estas partes se denominan fases de la leche y son ellas: La emulsin de la materia grasa en el agua, en forma globular, dispersa, inestable. La suspensin coloidal o dispersin acuosa del sistema proteico de las casenas, notablemente estables, ligadas a sales minerales y al agua. La dispersin acuosa de las protenas globulares albmina y globulina. La solucin o base hdrica, que forma el medio general continuo y en la cual el agua se encuentra en gran proporcin como agua libre, mientras otra porcin es agua ligada que no acta como solvente, se halla retenida por sustancias macromoleculares, no ofrece una proporcin fija y est en equilibrio con el agua libre.

La distincin entre las diferentes formas de agua en los alimentos no dispone aun de una terminologa clara y precisa, lo cual proviene precisamente del hecho de no ser posible establecer tampoco una clasificacin exacta y con limites definidos entre unas y otras formas del agua presente en los tejidos y fluidos biolgicos y en los materiales alimenticios. Hay quienes, por ejemplo, consideran que en los alimentos slidos el agua se encuentra como agua libre en bebida dentro de los tejidos vegetales y animales y al mismo tiempo como agua unida a diversos constituyentes orgnicos de los productos. Desde este punto de vista se distinguen entonces dos tipos generales de agua: agua unida o ligada y agua libre; el agua libre seria aquella que se comporta de modo igual o muy similar a como lo hace en su condicin de agua pura. Por ejemplo ella fluira libremente bajo la accin de una fuerza moderada. Pero en variables grados toda el agua de los alimentos esta bajo la influencia de las estructuras biolgicas o de los solutos y por tanto se comportara de manera diferente a como lo hacen en su forma pura. En consecuencia no podramos en sentido estricto hablar de agua libre sino de agua unida o ligada.UNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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Otros cientficos y autoridades en la materia encuentran conveniente considerar tres tipos o formas de agua presente en los alimentos: Agua capilar, agua de monocapa o monopelicula y agua dbilmente ligada. El agua ligada puede ser fuertemente atrada y retenida luego en una forma rgida y ordenada, por lo cual no se congela ni es utilizable como solvente. Por tanto resulta difcil establecer una definicin y distincin exacta del agua ligada, pues ello dependera de la tcnica empleada para su medicin. Estas consideraciones conducen a dos definiciones de agua unida o ligada: Es aquella agua que permanece sin congelar a una temperatura determinada por debajo de 0C, generalmente 20C. Es aquella agua que, en un sistema dado, no puede ser utilizada como solvente. El agua incongelable, basada en los contenidos de protena, ofrece ligeras variaciones entre uno y otro alimento. Un 8 a 10% del agua total en los tejidos animales no es congelable. La clara de huevo, la yema de huevo, la carne y el pescado contienen alrededor de 0.4 gr. De agua incongelable por gramo de protena seca, lo cual corresponde a 11.4% del agua total en la carne magra.

Las determinaciones del agua libre por diversos mtodos tampoco permiten una distincin y divisin estrictas entre agua libre y agua ligada. Las evaluaciones por comprensin entre papel de filtro, por dilucin de una sustancia coloreada aadida o por centrifugacin, indican hasta ahora que la divisin entre diferentes formas de agua es gradual mas bien que rgida y definida. Hay as mismo quienes distinguen, cuando menos, cuatro tipos o formas de agua asociada a los alimentos: agua capilar, agua de solucin, agua adsorbida y agua de composicin. El agua capilar es el agua retenida en la finsima red de espacios capilares intercelulares que se encuentran en los tejidos vegetales y animales alimentarios. Esta agua es integrante del fluido extracelular y tiene desde luego una presin de vapor marginalmente mas baja que la del agua libre. Esta disminucin de la presin de la presin de vapor depende de las fuerzas de atraccin y condensacin capilar, las cuales a su vez dependen ante todo de las disminuciones de los capilares constituidos por los espacios intercelulares. Por otra parte la presin de vapor de esta agua estar afectada por sustancias dispersas o disueltas en el tejido intersticial o intercelular. El agua de la solucin corresponde fundamentalmente al agua del fluido intracelular de los tejidos vegetales y animales y al agua de los alimentos no



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celulares, la cual puede contener variables cantidades de nutrientes y de otras sustancias solubles. La mayora de los alimentos contienen muchas sustancias solubles en agua, tales como azucares, sales minerales, cidos orgnicos, aminocidos, vitaminas, pigmentos. Estos componentes forman en el alimento soluciones mas o menos concentradas, de acuerdo con las proporciones relativas de agua y de solutos. La presin de vapor de estas soluciones ser obviamente mas baja que la presin de vapor del agua pura y el valor e intensidad de este descenso en la presin de vapor dependern del grado de concentracin de los compuestos disueltos. El agua absorbida es el agua retenida y unida a los puntos electrostaticamente activos de las macromolculas de los alimentos, tales como las protenas o los carbohidratos complejos. Las molculas de agua se van uniendo en creciente proporcin, a medida que aumenta la presin o concentracin o cantidad de humedad, sobre la superficie de la macromolcula. Hay quienes consideran que llega un momento en el cual se ha formado una capa continua e interrumpida de un espesor de una molcula de agua. Es lo que se ha denominado el estado de capa molecular, de monocapa o de monopelicula. Sin embargo, hoy parece ms razonable y real considerar que cada molcula de agua esta retenida por cada uno de los agrupamientos qumica y electrostticamente activos presentes en la superficie de las macromolculas, con lo cual la capa monomolecular representa entonces el estado en que todos los puntos o grupos activos estn ligados cada uno a una molcula de agua. Al aumentar la presin o concentracin de agua, pueden ir formndose sobre la primera pelcula de molculas de agua nuevas capas, pero cada capa sucesiva va siendo retenida con menos fuerza sobre la macromolcula, mientras simultneamente va creciendo la fuerza de los enlaces de las molculas de agua entre s, hasta llegar un momento en que las capas ms externas quedan retenidas por fuerzas no mucho mayores de las de la atraccin capilar. Estas fuerzas de adsorcin provienen de enlaces dipolo-dipolo, puentes de hidrgeno, inducciones por enlaces hidrfobos y fuerzas de dipolos transitorios de Van der Waals. En estado de capa monomolecular, la presin de vapor ser naturalmente menor que la del agua libre, la retencin proviene de fuerzas variables, mas o menos poderosas. Con ayuda de la informacin disponible, intentemos elaborar algunos esquemas sencillos que nos permitan visualizar este fenmeno de retencin de agua por adsorcin. El agua de composicin es el agua combinada mediante unin qumica especifica con las sustancias y componentes de los alimentos. Las protenas alimentaras contienen gran parte de esta agua de composicin y, cuando es eliminada, sufren cambios irreversibles en sus propiedades. Los hidratos formados por algunas sales



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minerales presentes en los alimentos constituyen otro ejemplo del agua de composicin. Es obvio que esta agua esta ligada a los componentes de los alimentos por poderosas fuerzas qumicas, lo cual hace que su presin de vapor s muy baja y que las condiciones para eliminarla, durante su evaluacin, deban ser rigurosas y cuidadosas. A pesar de las diversas definiciones y precisiones planteadas, las dificultades de claros y rgidos deslindes subsisten. Algunos autores llegan incluso a pensar en una verdadera agua unida, la cual correspondera al agua retenida por adsorcin en estado de monopelicula, el agua de hidratacin, el agua de enlace de hidrgeno agua-ion y el agua ligada por puente de hidrgeno agua-dipolo de tipo mas fuerte. Dadas las causas que impiden definicin exacta y rigurosa de agua unida o ligada, se ha tendido mas bien hacia una clasificacin de dicho tipo de agua. Con base en esta premisa, se mantienen las dos designaciones de agua pura, como tal y como patrn de comportamiento, y agua retenida. De acuerdo con este criterio: Se propone un sistema de clasificacin de los grados de unin o ligadura del agua, en lugar de una simple definicin de agua unida. Esta clasificacin debe abarcar todos los grados de unin del agua que se presenta en los sistemas y tejidos biolgicos y alimentarios. Esta clasificacin debe recoger todas las diversas caractersticas de la unin.

El Agua, el Deterioro y la Conservacin de los AlimentosA medida que avanzamos en nuestros estudios, nos vamos dando cuenta de que los alimentos en su gran mayora son sistemas complejos en cuanto a naturaleza, con posicin y propiedades. Dentro de esta complejidad y dadas sus propiedades fisicoqumicas, el agua tiene un papel mltiple que puede ser positivo o negativo de acuerdo con el manejo que le demos al alimento y al agua en el contenida y con las condiciones bajo las cuales lo mantengamos. En efecto, como reactivo y como medio reactivo, el agua puede hacer que ciertos procesos sigan producindose. Por otra parte, as como nosotros necesitamos mnimas cantidades. De agua para sobrevivir y para que los procesos metablicos de nuestro organismo. Se cumplan de modo normal, as tambin los microorganismos y otros parsitos presentes en los alimentos o con acceso a ellos vivirn y crecern o no crecern y aun morirn, de acuerdo con la disponibilidad de agua que los alimentos les



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ofrezcan. En consecuencia el estado, el agua que se encuentra en los alimentos tiene una gran importancia en el deterioro y en la conservacin de los alimentos. Dicho en otros trminos, la influencia del agua sobre la reactividad del sistema alimento se relaciona no solo con el contenido real de agua sino tambin con el estado de las molculas del agua presente. El estado del agua en un alimento esta determinado por la relacin entre el contenido de humedad del producto y la humedad relativa del aire que lo circunda. El valor de esta relacin se denomina actividad acuosa y constituye una caracterstica importante del sistema formado por el alimento y su atmsfera circundante. Recordemos los efectos que la incorporacin o presencia de solutos tiene respecto de la presin de vapor del agua libre y las relaciones entre tales efectos y las concentraciones de los solutos presentes o adicionados. Consideremos cierta cantidad de un alimento encerrada en un recipiente hermtico y cuya superficie esta en contacto con un espacio lleno de aire, a una temperatura dada. El agua presente en el alimento ejercer una presin de vapor menor al valor de la presin de vapor en estado de saturacin en el aire. En otras palabras, se presenta un desequilibrio entre las presiones de vapor del alimento y el aire. Esta descompensacin es inestable, puesto que el sistema aire-alimento tendera naturalmente a un estado de equilibrio dinmico pero estable entre las presiones de vapor de sus dos componentes. La humedad relativa del aire circundante del alimento tendr un valor inferior al 100 por ciento de saturacin y corresponder al contenido especifico de humedad del producto a la temperatura dada del sistema. Esta humedad relativa del aire se denomina humedad relativa en equilibrio del alimento. Por lo tanto, la actividad acuosa (Aa) del producto equivaldr a la relacin entre la presin parcial (p) del agua del alimento y la presin del vapor de agua pura (po) a la misma temperatura y tendr la siguiente expresin matemtica: Aa = p po. De acuerdo con esta expresin, si los alimentos fueran simples mezclas de agua con sustancias inertes que no presentasen interaccin alguna de cualquier tipo con las molculas del agua, la presin del vapor del agua del alimento seria la misma que la del agua pura y la actividad acuosa seria siempre igual a 1, sin importar el contenido del agua. Si los alimentos fuera nicamente soluciones de sustancias como azucares, cidos y sales muy diluidas en agua, la presin de vapor en ellos equivaldra a la presin de vapor de las llamadas soluciones ideales, esto es soluciones en que la energa requerida para romper el enlace entre el agua y el



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soluto fuese prcticamente igual a la energa necesaria para romper el enlace entre las molculas de agua. Pero en los alimentos o sistemas alimenticios, parte del agua se encuentra retenida o unida con mayor o menor intensidad por las diversas sustancias componentes de cada producto alimenticio, por lo cual supresin de vapor ser inferior a la del agua libre. Si analizamos con detenimiento la relacin de presin de vapor entre el alimento y el agua, veremos que ella equivale a la relacin entre la humedad relativa en equilibrio (HRE) en trminos de porcentaje y la humedad de saturacin. La actividad acuosa podr expresarse tambin as: Aa =

HRE 100

Por tanto la actividad acuosa puede entenderse como la humedad relativa en equilibrio expresada en forma de fraccin decimal, expresin esta que tiene la ventaja de comunicar la idea de que la humedad del alimento es menos activa que el agua libre. As, elevamos contenidos de humedad, cuando estos exceden a los de los slidos, la actividad acuosa es cercana o igual a la unidad 1.0. Cuando el contenido de humedad es inferior a esta cantidad la actividad acuosa es as mismo inferior a 1.06-13-9. En efecto los estudios e investigaciones han llegado a la conclusin de que tales procesos de deterioro y descomposicin se presentan, con inconveniente y nociva rapidez, solo a partir de ciertos valores mnimos en la actividad acuosa, de acuerdo con cada producto y con el tipo de agente deteriorante. Sin embargo debemos tener siempre en cuenta que en el deterioro de los alimentos, junto con la actividad acuosa intervienen otros factores, particularmente la temperatura. Clasifiquemos los tipos de descomposicin o deterioro de los alimentos: Deterioro biolgico: determinado por los procesos fisiolgicos de Respiracin y germinacin, cuando el alimento constituye en si mismo un tejido biolgico y un organismo viviente, como serian los ejemplos de las frutas, hortalizas, granos y semillas. Por los parsitos y patgenos que pueden estar presentes en el alimento y atacar su integridad. Deterioro fsico y qumico: determinado por las alteraciones que se presentan en los alimentos como consecuencia de cambios fsicos, enzimticos y qumicos que en ellos pueden presentarse.

El crecimiento de las bacterias es virtualmente imposible con valores por debajo de 0.90. Los hongos y las levaduras requieren actividades acuosas por encima deUNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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0.80, aunque puedan presentarse casos de hongos capaces de sobrevivir con valores hasta de 0.70. El deterioro bioqumico, en que el agua desempea tambin un papel de importancia, surge de procesos enzimticos y de reacciones no enzimticos. La mayora de las enzimas son inactivadas cuando la actividad acuosa esta por debajo de 0.85. Entre tales enzimas estn por ejemplo: amilasas, fenoloxidasas y las peroxidasas. Con todo pueden existir enzimas que permanecen activas a valores muy bajos en la actividad acuosa. El comportamiento de los diversos alimentos frente a su propio deterioro y el papel del agua y su actividad frente a estos procesos de descomposicin permiten clasificar a los alimentos y productos alimenticios en tres grandes categoras: Alimentos perecederos: se deterioran y alteran a la temperatura ambiente en un termino que no excede las 48 horas. Aqu esta la mayora de las carnes, aves, pescados, leche, frutas y hortalizas blandas, jugosas, tiernas, inmaduras. Alimentos semiperecederos: los que mediante un adecuado manejo pueden conservarse por unas semanas sin mostrar deterioro serio y apreciable; pertenecen a los alimentos menos jugosos y los productos vegetales con mayores grados de madurez. Alimentos no perecederos: aquellos que, habiendo llegado a su plena madurez, han reducido en grado sustancial su contenido de agua. Son esencialmente los granos secos, en particular los cereales y las legumbres.

Una de las formas para comprobar que el agua hace presencia en los diferentes sistemas biolgicos, es colocar una muestra de alimento, puede ser carne, leche, huevos, frutas o cualquier otra porcin alimentara al horno, estufa o calentador y con una temperatura y tiempo definidos. Calcular la perdida de agua por evaporacin y por residuo de la muestra. Ejemplo: tomar 30 gr. de carne, colocarla en un crisol o sartn, graduar el horno elctrico o convencional y colocarlo a una temperatura de 100C y tomar tiempo de 1 hora; retirar la muestra y pesarla nuevamente y sacar la diferencia de pesos en gramos. De igual manera, se puede aplicar el anterior procedimiento con diferentes muestras de alimentos.



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Proceso de Comprensin y Anlisis Dar una definicin acerca del agua como compuesto de las biomolculas. Elaborar un resumen subrayando la importancia que tiene el agua para la vida, cual es su proceso en el metabolismo molecular? Hacer una grafica sobre la composicin del agua en los alimentos. Como es su grado de participacin en carbohidratos, lpidos y proteinas? Analizar mediante un diagrama el ciclo de vida del agua y su relacin con la biodiversidad. Sacar conclusiones del significado del agua para la vida humana.

Solucin de Problemas En el caso de contaminacin del agua en el acueducto de su regin, como hara usted para que fuese agua potable. Si se presenta un problema de lluvias en su municipio, que actividades propondra usted para mejorar la situacin.

Sntesis Creativa y Argumentativa Elaborar una composicin sobre el ciclo del agua. Disear un plan de accin para el tratamiento del agua en su acueducto. Realizar y fundamentar la relacin que guarda el agua con las biomolculas.

Autoevaluacin Como participa el agua dentro de la composicin alimentaria? Citar algunos ejemplos prcticos para esta unidad.

Repaso Significativo Por que es necesario el tratamiento del agua para el consumo humano?



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Que pruebas fundamentales bioqumicas se aplican para el tratamiento del agua en su escuela o colegio.

Bibliografa SugeridaVARGAS, Wenceslao. 2004. Introduccin a la ciencia alimentaria. Editorial Italgraf.

BOHINSKI, Robert. Bioqumica. Fondo educativo interamericano, S.A. 2003. BRAVERMAN. J. aguilar. 2003. S. Introduccin a la bioqumica de los alimentos. 15a. Edicin. Editorial

HARPER. Bioqumica de Harper. Mxico, D.F. 2001.

Editorial El Manual Moderno.

Direcciones Electrnicaswww.bioquimica.com www.introduccionalabioquimicacom www.actosdeamor.com/vitaminam.htm www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htm> www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htm www.uned.es/pea-nutricion-y-dietetica-I/guia/guianutr/compo40.htm www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html



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UNIDAD 3: El PHDescripcin Temtica En esta unidad se tratarn temas referentes a el pH, su fundamentacin, la tabla de pH, clculo de valores de pH, el pH en los alimentos, determinacin de pH en la saliva, sangre y otros lquidos tisulares.

Horizontes Todo compuesto bioqumico manifiesta diferentes valores de PH. El estudiante no solamente tomar valores de PH a diferentes muestras de referencia sino que adems aplicar estos conceptos a situaciones de la vida real para su propio beneficio y el de los dems. Reconocer que todos los sistemas biolgicos presentan un carcter bsico (Alcalino) y un carcter cido, pasando por un nivel neutro, este ltimo corresponde a un PH del agua destilada.

Ncleo Temtico y Problemtico Generalidades

Proceso de Informacin3.1 GENERALIDADES

El PH se define como la cantidad de iones H que existe en un sistema o solucin; tambin lo podemos asimilar como el potencial de hidrgeno que presenta un sistema en particular. En nuestra propia experiencia, hemos probado y saboreado un alimento o compuesto, y solo por medios qumicos hemos constatado que l era ms o menosUNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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cido. En nuestra mente como siempre hemos asociado esa idea de acidez con un sabor agrio, sabor a agraz, sabor spero, sabor astringente en variable grado. Es decir con un determinado tipo de sabor que caracteriza a la sustancia en prueba o estudio. Podemos entonces distinguir entre une acidez que detectamos y determinamos por procedimientos qumicos o fsico-qumicos y una acidez que percibimos y catalogamos conforme a nuestra percepcin sensorial. La primera es una acidez qumica, la segunda es una acidez organolptica. Y puesto que ambos tipos de acidez representan una propiedad qumica, el carcter cido se deriva de la naturaleza y con posicin qumica de cada sustancia o producto. Estas consideraciones nos plantean la necesidad de revisar y puntualizar nuestras actuales ideas y conceptos acerca de la acidez, el PH y la alcalinidad. Nosotros sabemos de la existencia de sustancias cuyas molculas al disolverse en el agua, se van disgregando o disociando a fracciones o partculas ms pequeas o iones, constituidos por tomos y caracterizados por su posesin de cargas elctricas negativas en unos y positivas en otros. Los iones se van rodeando de molculas de agua o solvente, la cual determina la separacin de los cristales del slido y su paso a la forma de solucin. Este proceso de separacin de iones en soluciones es muy fcil y caracterstico de los compuestos denominados electrovalentes. Sin embargo ciertos compuestos covalentes pueden tambin formar iones por interaccin con las molculas de agua. Por ejemplo el cido clorhdrico HCL, en solucin acuosa s disocia en iones H+ y CL-22-7. Estas soluciones de iones pueden desde luego conducir la corriente elctrica si por ejemplo introducimos en ellas dos electrodos conectados, en serie con un bombillo, a una fuente de electricidad. La bombilla se encender. Utilizando dispositivos corrientes, observemos que el agua pura no es conductora. Aplicando mediciones muy precisas y sensibles, los investigadores han encontrado que aun el agua muy purificada y por ende exenta de solutos ionizados puede conducir la corriente elctrica, aunque en muy pequea cantidad. Se ha llamado electrolitos a aquellos solutos que producen soluciones conductoras de la electricidad. El hecho mismo de que el agua purificada conduzca muy poco la corriente nos lleva a pensar que los diversos electrolitos difieren entre s en sus capacidades para conducir la electricidad y que por consiguiente ellos difieren as mismo en sus grados de disociacin en iones. Estos hechos han llevado a los cientficos a dividir los electrolitos en electrolitos fuertes y electrolitos dbiles. Los primeros son aquellos solutos que forman buenas soluciones conductoras de la electricidad, mientras que los segundos son los solutos que producen soluciones poco conductoras. La divisin entre uno y otro grupo no esta bien delimitada ni definida. Sin embargo suele entenderse que los electrolitos fuertes son aquellos



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que estn disociados en un ciento por ciento. El agua constituye el electrolito dbil por excelencia. Dado que su ionizacion es parcial, debemos presumir que los iones en que ella se disocia tienden a unirse de nuevo entre s para reconstituir la molcula original. Este proceso determina un estado de equilibrio entre el agua molecular y el agua disociada. Por consiguiente podemos representar la disociacin del agua por medio de la siguiente ecuacin de equilibrio: H2 O H+ + OH-

El ion H+ puede ser atrado con su carga positiva hacia una molcula de agua. En forma anloga como el ion Na+ del cloruro de sodio se rodea de molculas de agua para si solvatarse. Esta unin entre un ion H+ y una molcula de agua da origen a un ion hidronio H3O+. En consecuencia podemos representar la disociacin del agua purificada mediante la siguiente ecuacin: 2H2O {H+. H2O + OH+} H3O+ + OH-

Sustancias hay que, al disolverse en el agua, se disocian en iones negativos y iones H+ que naturalmente se asociaran uno a una con molculas de agua para formar iones hidronio. Se trata de sustancias capaces de ceder protones que se unen a las molculas del agua solvente. Estas sustancias que ceden protones a otras sustancias son los cidos. Si tomamos como ejemplo el cido clorhdrico, un electrolito fuerte, podremos escribir su ecuacin de ionizacion o disociacin as:

HCL + H2O

H3O+ + Cl-

Proceso de Comprensin y Anlisis En conjunto con sus compaeros tomar el valor del pH en los siguientes compuestos: zumo de naranja, limn, mandarina, coca-cola. Una vez efectuada la practica, que diferencias se encuentran en estos alimentos? Tomar un trozo de carne, pasarla por un molino y obtener un jugo crnico, tomar el pH y comparar con las anteriores muestras. Practicar con otras muestras de alimentos. Siempre llevarlas a zumo o jugos; preparar muestra con frutas y verduras, hiervas y otros alimentos. Construir una tabla con los valores antes anotados.



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Solucin de Problemas Presentar una solucin para cuando existe la acidez estomacal. En el vaciado del cido clorhdrico en los alimentos consumidos, cual sera su accin? Discutir con sus compaeros el tratamiento de lceras ppticas, estomacales. Como se aliviara la gastritis. Que las ocasiona?

Sntesis Creativa y Argumentativa Elaborar un cuadro sinptico sealando las clases de lcera. Disear un plan para el control de gastritis crnica. Elaborar un ensayo sobre el conocimiento del pH y sus aplicaciones.

Autoevaluacin Cuales son las soluciones buffers y sus aplicaciones? Que es una cinta o indicador universal? Para que sirve la toma de pH en los alimentos y su aplicacin directa con la dieta humana?

Repaso Significativo En reunin con sus compaeros de CIPA elaborar un mapa o cartel sealando la importancia de conocer el pH de los alimentos. Disear una estrategia para combatir la acidez en el ser humano.

Bibliografa SugeridaBOHINSKI, Robert. Bioqumica. Fondo educativo interamericano, S.A. 2003. BRAVERMAN. J. aguilar. 2003. S. Introduccin a la bioqumica de los alimentos. Editorial



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HARPER. Bioqumica de Harper. Mxico, D.F. 2001. VARGAS, Wenceslao. 2004

15a. Edicin.

Editorial El Manual Moderno. Editorial Italgraf.

Introduccin a la ciencia alimentaria.

Direcciones Electrnicaswww.actosdeamor.com/vitaminam.htm www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htm www.angelfire.com/bc2/biologia/glicogeno.htm> www.bioquimica.com www.introduccionalabioquimicacom www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html www.ondasalud.com/edicion/noticia/0,2458,3314,00.html www.uned.es/pea-nutricion-y-dietetica-I/guia/guianutr/compo40.htm



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UNIDAD 4: Las BiomolculasDescripcin Temtica En esta unidad trataremos temas referentes a: conceptos y fundamentos bsicos de las Biomolculas, origen y estructura de los carbohidratos, lpidos, protenas y las vitaminas, metabolismo de las macromolculas, su papel y funcin en sistemas bioquimicos alimentarios y finalmente formulas empricas y estructurales. El contenido de las anteriores unidades se fundamenta en principios de bioqumica que proporcionan autores como Vargas, y otros textos de bioqumica de la ltima dcada, a quienes les participo su importante colaboracin para el desarrollo del presente documento, sus propuestas, comentarios y lecturas adicionales, son basadas en la lectura de estos textos.

Horizontes Clasificar los Carbohidratos, lpidos, protenas y vitaminas, por su nomenclatura, caractersticas generales, origen vegetal o animal y su nivel de utilizacin. Realizar clasificaciones de acuerdo al nmero de tomos de carbono, su importancia biolgica y estructural. Clasificar los lpidos que son divididos en grasas y aceites, analizar su origen y usos en la industria agroalimentaria. Secuenciar las protenas de acuerdo a su origen, su estructura primaria, secundaria, terciaria, y cuaternaria. Estudiar la composicin de aminocidos, su clasificacin y su relacin con otros aminocidos, para la estructura de las protenas. Las vitaminas se analizarn entre la composicin de glucidos y lpidos. Identificar las funciones de cada uno de los tipos de azucares existentes, y analizar los posibles beneficios y anomalas que estos azcares le provocan al hombre. Analizar los diferentes tipos de animales y plantas que presentan azucares. Diferenciar e identificar los tipos de carbohidratos.



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Ncleos Temticos y Problemticos Los Dulces y Estructurales Hidratos de Carbono Carbohidratos Monosacridos Disacridos Polisacridos Lpidos Protenas Vitaminas

Proceso de Informacin4.1 LOS DULCES Y ESTRUCTURALES HIDRATOS DE CARBONO

Los azcares, que estn ampliamente distribuidos en la naturaleza, son producidos por las plantas durante el proceso de fotosntesis y se encuentran tambin en muchos tejidos animales (Ver Metabolismo de glucidos). La ribosa, un azcar monosacrido que contiene cinco tomos de carbono en su molcula, es un componente del ncleo de todas las clulas animales. Los azcares con cinco carbonos se conocen como pentosas. Las triosas (Azcares con tres carbonos), las tetrosas (Azcares con cuatro carbonos), las heptosas (Azcares con siete carbonos), las octosas (Azcares con ocho carbonos) y las nonosas (Azcares con nueve carbonos) tambin se encuentran en la naturaleza. Sin embargo, los azcares ms extendidos son las hexosas, que se caracterizan por la presencia de seis tomos de carbono en su molcula y por la frmula emprica C6H12O6. Las hexosas distintas con frmula emprica y masa molecular iguales, son ismeros estructurales entre ellas. Cada hexosa se conoce en forma dextrgira y levgira. En disolucin, una forma dextrgira girar el plano de polarizacin de la luz a la derecha, y una forma levgira lo girar a la izquierda, pero todas las hexosas asimiladas por los animales y seres humanos se convierten en formas dextrgiras. Las hexosas ms importantes son la glucosa y la galactosa, que son aldehdos, y la fructosa, que es una cetona, similar a un aldehdo pero menos reactiva. Observar la capacidad energtica de los carbohidratos.



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4.2

CARBOHIDRATOS

Hidratos de carbono, grupo de compuestos tambin llamados glucidos que contienen hidrgeno y oxgeno en la misma proporcin que el agua y carbono; la mayora de estos compuestos se puede expresar como Cn(H2O)n. Sin embargo, estructuralmente estos compuestos no pueden considerarse como carbono hidratado, como la frmula parece indicar. Los hidratos de carbono son los compuestos orgnicos ms abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias los producen en el proceso conocido como fotosntesis, durante el cual absorben el dixido de carbono del aire y por accin de la energa solar producen hidratos de carbono y otros productos qumicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan. Entre los hidratos de carbono se encuentran el azcar, el almidn, la dextrina, la celulosa y el glucgeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales. Los ms sencillos son los azcares simples o monosacridos, que contienen un grupo aldehdo o cetona; el ms importante es la glucosa. Dos molculas de monosacridos unidas por un tomo de oxgeno, con la eliminacin de una molcula de agua, producen un disacrido, siendo los ms importantes la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacridos son enormes molculas formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacridos unas 10 en el glucgeno, 25 en el almidn y de 100 a 200 en la celulosa. En los organismos vivos, los hidratos de carbono sirven tanto para las funciones estructurales esenciales como para almacenar energa. En las plantas, la celulosa y la hemicelulosa son los principales elementos estructurales. En los animales invertebrados, el polisacrido quitina es el principal componente del dermatoesqueleto de los artrpodos. En los animales vertebrados, las capas celulares de los tejidos conectivos contienen hidratos de carbono. Para almacenar la energa, las plantas usan almidn y los animales glucgenos; cuando se necesita la energa, las enzimas descomponen los hidratos de carbono. Los hidratos de carbono se utilizan para fabricar tejidos, pelculas fotogrficas, plsticos y otros productos. La celulosa se puede convertir en rayn de viscosa y productos de papel. El nitrato de celulosa (Nitrocelulosa) se utiliza en pelculas de cine, cemento, plvora de algodn, celuloide y tipos similares de plsticos. El almidn y la pectina, un agente cuajante, se usan en la preparacin de alimentos para el hombre y el ganado. La goma arbiga se usa en medicamentos demulcentes. El agar, un componente de algunos laxantes, se utiliza como agente para espesar los alimentos y como medio para el cultivo bacteriano; tambin en la



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preparacin de materiales adhesivos, de encolado y emulsiones. La hemicelulosa se emplea para modificar el papel durante su fabricacin. Los dextranos son polisacridos utilizados en medicina como expansores de volumen del plasma sanguneo para contrarrestar las conmociones agudas. Otro hidrato de carbono, el sulfato de heparina, es un anticoagulante de la sangre. La principal funcin de los carbohidratos es proveer energa al cuerpo, especialmente al cerebro y al sistema nervioso. El organismo transforma los almidones y azcares en glucosa. Las necesidades del organismo son cubiertas por la alimentacin. Los carbohidratos pueden ser absorbidos directamente en el intestino, sin necesidad de ser degradados. Una vez absorbidos pasan al hgado que es capaz de almacenarlos en forma de glucgeno. Este es transformado continuamente en glucosa que pasa a la sangre y que es consumida por todas las clulas del organismo. La cantidad mxima de glucidos que podemos ingerir slo est limitado por su valor calrico y nuestras necesidades energticas, es decir, por la obesidad que podamos tolerar. La familia de los carbohidratos incluye la de los azcares y los almidones. A pesar de que ambos tipos de carbohidratos son transformados en glucosa, los alimentos ricos en almidones, como los granos y vegetales, usualmente suplen vitaminas, minerales y fibras. En cambio los azcares como los caramelos, pudines, cereales azucarados, proveen caloras vacas, que proporcionan energa pero no nutrientes. Azcar, trmino aplicado a cualquier compuesto qumico del grupo de los hidratos de carbono que se disuelve en agua con facilidad; son incoloros, inoloros y normalmente cristalizables. Todos tienen un sabor ms o menos dulce. En general, a todos los monosacridos, disacridos y trisacridos (Ver Hidratos de carbono) se les denomina azcares para distinguirlos de los polisacridos como el almidn, la celulosa y el glucgeno. La mayora de los azcares importantes, excepto la sacarosa, reducen el xido de cobre (II) el xido de cobre (I) en disolucin alcalina. Esta reaccin se utiliza en los tests cualitativos de azcar en la orina y en la sangre, as como en los tests cuantitativos de azcar en la sangre; estos tests son importantes en la diagnosis y el control de la diabetes. Entre los azcares importantes desde el punto de vista comercial estn la glucosa, la lactosa y la maltosa, que se usan frecuentemente en la alimentacin para



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bebs; el ms importante es la sacarosa, llamado tambin azcar de caa, aunque no proceda de la caa de azcar. Se utiliza para dar sabor dulce a las comidas y en la fabricacin de confites, pasteles, conservas, bebidas alcohlicas y no alcohlicas, y muchos otros alimentos. Como material alimenticio bsico, la sacarosa suministra aproximadamente un 13% de la energa que se deriva de los alimentos. El organismo obtiene los carbohidratos del reino vegetal, se encuentran en abundancia en fculas y azcares. El exceso de carbohidratos en la alimentacin provoca la obesidad. La falta de carbohidratos causa la malnutricin. De origen animal: Carne magra, carne grasa, leche de vaca, huevos. De origen vegetal: Legumbres, harina de trigo, pan, papas, col, frutas. MONOSACARIDOS

4.3

De formula estructural CHO la qumica suele clasificar y nombrar las molculas de acuerdo con el nmero de tomos de carbono que conformen su esqueleto bsico; de ste criterio surge una clasificacin de los monosacridos con la que es importante familiarizarse, porque es frecuentada por la bioqumica, sobre todo en asuntos de nomenclatura. Esta clasificacin es muy sencilla: se utiliza un prefijo correspondiente al nmero de tomos de carbono del carbohidrato y el sufijo Osa para designarla grupo o familia de azucares. Aunque tericamente los grupos posibles son ilimitados, en la prctica esta clasificacin es til para los monosacridos de 3 a 6 tomos de carbono. Los monosacridos tambin se clasifican en dos grades grupos dependiendo de la posicin del grupo carbonilo (C = O) que los caracteriza. Si el grupo carbonilo esta localizado en un carbono terminal se trata de una aldosa combinacin de un monosacrido y un aldehdo si ste grupo est localizado sobre un carbono secundario el azcar, combinado con una cetona forma una Cetosa". Entre las aldosas ms estudiadas por la bioqumica se encuentra la Glucosa y entre las cetosas su homologa es la Fructosa. 4.3.1 Glucosa

La glucosa es un hidrato de carbono. Desde el punto de vista qumico, estos compuestos se definen como derivados aldehdicos o cetnicos de alcoholes polihidroxlicos. El azcar glucosa es el ms importante. La mayor parte de losUNIVERSIDAD DE PAMPLONA Centro de Educacin a Distancia


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hidratos de carbono de la dieta se descomponen en glucosa y otros azcares simples que son absorbidos por la mucosa intestinal. El hgado convierte estos otros azcares sencillos, como la fructosa, en glucosa. En el organismo, todos los hidratos de carbono pueden sintetizarse a partir de glucosa. La glucosa es un azcar sencillo que se denomina monosacrido porque no puede descomponerse en otro ms simple. Se llama hexosa porque contiene seis tomos de carbono y es un azcar aldosa porque tiene un grupo aldehdo. Por tanto, es un monosacrido aldohexosa. La frmula estructural de su cadena en lnea recta puede explicar algunas de sus propiedades; pero la estructura cclica es termodinmicamente ms estable y explica todas sus propiedades qumicas.

Los niveles de glucosa en la sangre y en los tejidos estn estrictamente regulados; el exceso se almacena en el hgado y los msculos en forma del hidrato de carbono polisacrido llamado glucgeno.

La Ruta de la GliclisisLa gliclisis es la ruta principal, casi universal, del metabolismo de la glucosa. Esta molcula se degrada, en una serie de reacciones catalizadas enzimticamente, para dar dos molculas de piruvato, que es el producto final de la gliclisis en condiciones aerbicas. En condiciones anaerbicas el piruvato se reduce a lactato para regenerar el NAD+. Al estudiar los cambios bioqumicos que se producan durante la contraccin muscular se observ que cuando un msculo se contrae en ausencia de oxgeno (de forma anaerobia), se utiliza el glucgeno y aparecen como productos finales el cido pirvico y el cido lctico. Sin embargo, si la contraccin ocurre en presencia de oxgeno (de forma aerobia), no se acumula cido lctico y el cido pirvico es oxidado completamente hasta dixido de carbono y agua. En base a estas obs

metabolismo en seres vivos bioquimica

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