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COLEGIO SALESIANO DE LEÓN XIII




                                                                                           MÓDULO 4
                                                                                               2012


                                       QUÍMICA ORGÁNICA




                                                         “Si tu intención es describir la verdad,
                                                      hazlo con sencillez y la elegancia déjasela
                                                                                        al sastre”
                                                                                          Einstein




¿Por qué razón cuando estudiamos el fundamento de la bioquímica, comprendemos mejor la naturaleza?




                                           AUTOR:
                                PROFESOR: MARCO GARCÍA SÁENZ


                                                                                         GRADO ONCE
DOCUMENTO DEL                         ISO9001: 7.1, 7.3, 7.5, 8.3
                                SISTEMA DE GERENCIA DE LA CALIDAD              Versión 1.01/23052011

                                                                               Código: MOD-GACN-044
                 MÓDULO DE CIENCIAS NATURALES/QUIMICA IV PERÍODO GRADO 11o



                 ELABORÓ                         REVISÓ                               APROBÓ
NOMBRE           Lic. Marco García Sáenz         Lic. José Jaime Hurtado M            Lic. Humberto Ramos
CARGO            Docente del Área                Jefe de Área (Bachillerato)          Coordinador Académico Bto.
FECHA            23/05/2011                      23/05/2011                           23/05/2011
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                                                PRESENTACIÓN

Después de haber estudiado los aspectos básicos de la química orgánica, será más seguro el camino para
entender lo que ocurre en las reacciones químicas de la “vida” es decir, la Bioquímica, por ello cuando
ahondemos en los procesos químicos celulares, la comprensión será más auténtica y nuestro
entendimiento se hará más transparente en la profundización de ese microsistema que sabemos existe
pero no vemos, es así como vislumbraremos los procesos que hemos seguido en el exitoso camino del
estudio de la química orgánica.

Todo tiene su conexión, por ello el primer paso se basó en estudiar los átomos, sus enlaces, propiedades,
etc; posteriormente nos encausamos por el estudio de las moléculas inorgánicas y su comportamiento, a
continuación dimos el paso a la química del carbono y ya estamos en la antesala de la bioquímica, mundo
fascinante que nos lleva a divagar un poco por el mundo constituido por la obra máxima del Creador,
quien todo lo diseñó de tal manera que funcionara equilibradamente mediante mensajeros, reguladores,
activadores, transmisores, etc, todos bajo aquel sistema que hoy llamamos “homeostasis” .

Cuanto más nos acercamos al conocimiento del mecanismo de la vida, más nos acercamos a Dios y su
hermosa obra que nos muestra el complejo mecanismo de las reacciones bioquímicas que en ultimas
conllevan a la continuación de la vida como la conocemos hoy y como fue diseñada por El con amor.


                                           SITUACIÓN PROBLÉMICA

La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número
de substancias de alto peso molecular o macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por
resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la
célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la reproducción celular. Al
conjunto de reacciones que suceden dentro de los seres vivos se le llama metabolismo. Actualmente se
conoce en detalle la estructura tridimensional de las macromoléculas de mayor importancia biológica, los
ácidos nucleicos y las proteínas, lo que ha permitido entender a nivel molecular sus funciones biológicas.
Gracias al conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos, se esclarecieron los mecanismos de
transmisión de la información genética de generación a generación, y también los mecanismos de
expresión de esa información, la cual determina las propiedades y funciones de las células, los tejidos, los
órganos y los organismos completos. Conocer a detalle la estructura de varias proteínas ha sido muy útil
en la elucidación de los mecanismos de las reacciones enzimáticas. Prácticamente todas las reacciones
que integran el metabolismo son reacciones enzimáticas. El tipo de especie química y los mecanismos de
acción que intervienen en el almacenamiento, replicación y transferencia de la información genética, así
como las reacciones que forman el metabolismo son prácticamente idénticas, desde las bacterias hasta
los organismos superiores. No todas las células contienen y expresan la misma información, pero las
reacciones que sí llevan a cabo, utilizan enzimas prácticamente idénticas. De hecho las diferencias y
similitudes entre ellas se han utilizado para establecer la secuencia de aparición de las especies. Los virus
tienen algunas variantes, por ejemplo; los cromosomas de los retrovirus están constituidos por moléculas
de ARN y en algunos fagos (virus que atacan a las bacterias) tienen ADN de una sola cadena. Los virus no
cuentan con un metabolismo que les permita vivir en forma autónoma, sólo se pueden reproducir y
expresarse dentro de las células que invaden. Las reacciones que constituyen el metabolismo están
localizadas en determinadas estructuras celulares que forman unidades discretas que se llaman
organelos. Las reacciones se llevan a cabo en los lugares en donde se encuentran las enzimas que las
catalizan. La célula no es un saco sin estructura, sino que es un sistema muy complejo y altamente
organizado.




                                PREGUNTA PROBLEMATIZADORA

¿Por qué razón cuando estudiamos el fundamento de la bioquímica, comprendemos mejor la naturaleza?




                                        INDICE DE MÓDULOS
        PREGUNTAS PROBLEMATIZADORAS Y TEMAS A DESARROLLAR DURANTE EL AÑO 2.011

   MÓDULO No. 1               MÓDULO No. 2            MÓDULO No. 3           MÓDULO No. 4
  ¿Por qué razón es             ¿Cómo es la          ¿Qué conexiones         ¿Por qué razón
importante repasar los      estructura y cuáles    tienen las funciones           cuando
temas que resultan ser      las propiedades del        de la química          estudiamos el
  relevantes para el         átomo de carbono         orgánica con el        fundamento de
 examen del icfes y la          que lo hacen       mundo globalizado?         la bioquímica,
        vida?              fundamental para la                               comprendemos
                           vida del hombre y el                                  mejor la
                            mundo en general?                                  naturaleza?


    Gases          y          Naturaleza,             Procesos                Bioquímica –
    Soluciones.               estructura y            químicos                  procesos
    Equilibrio y pH.          comportamiento          propiedades             metabólicos.
    Generalidades             del     Carbono         fisicoquímicas
    de      Cinética          y sus derivados         de         los
Química                                          compuestos
                                                     orgánicos




                                            PROPÓSITOS



                                          COMPETENCIA:


CIENTÍFICO BÁSICA COMUNICATIVA AXIOLÓGICA Y SOCIALIZADORA




LOGRO:

Trabajar problemas científicos y cotidianos relacionados con la bioquímica, utilizando el vocabulario
técnico, la comunicación oral y escrita y la responsabilidad en función de los seres de la naturaleza


INDICADORES

Conceptual: Establece las relaciones que existen entre los procesos biológicos y los procesos químicos en
los seres vivos.

Procedimental: Desarrolla modelos teórico-experimentales para explicar los diferentes procesos
metabólicos, que ocurren en los seres vivos.

Actitudinal: Mantiene interés por el desarrollo de las actividades y participa responsablemente.

Socializador: Demuestra hábitos alimenticios, de higiene y ecológicos para cuidarse a sí mismo y su
entorno.




CRITERIOS DE EVALUACIÓN

•   Maneja adecuadamente los conceptos aprendidos y los relaciona con experiencias vividas,
    adoptando una posición crítica y de aplicación para transformar y mejorar su vida y su entorno.
•   Identifica y plantea alternativas de solución a diferentes tipos de problemas.
•   Asume con responsabilidad y dedicación sus compromisos académicos y de convivencia.
•   Participa activamente en el desempeño y desarrollo de las actividades del área.




                  ¿CÓMO DESARROLLAR EL TRABAJO CON CALIDAD?

Para desarrollar todas y cada una de las actividades que plantea el módulo de trabajo, es necesario que
tenga presente, las orientaciones y sugerencias que le pueda ofrecer su educador.

                           LAS 5 S DE LA CALIDAD EN NUESTRO COLEGIO

UTILIZACIÓN          Utilizar los recursos disponibles, con buen   Optimizar los recursos
                     sentido y equilibrio evitando el              disponibles al máximo.
                     desperdicio. Eliminar todo lo que no sirve.
                     Reducir costos
ORDEN                Organización- clasificación-distribución de   Planear el trabajo para ser
                     espacios                                      consecuente con la
                                                                   autodisciplina
ASEO LIMPIEZA        Espacios armónicos-limpios- cada cosa en      Seleccionar lo que
                     su lugar y un lugar para cada cosa            verdaderamente se necesita
                                                                   para el desarrollo de las
                                                                   actividades
SALUD Y              Armonía – Ambientes agradables                Ser preventivo con el cuidado
BIENESTAR            Vida sana –Proteger el cuerpo Mente sana      de nuestro ser-
                     en cuerpo sano
AUTODISCIPLINA       Responsabilidad-compromiso- constancia-       Organización y disciplina
                     revisión- cumplimiento riguroso de las        Mejoramiento constante
                     normas-Actitud de respeto- Aumenta el         Logro de la excelencia.
                     crecimiento personal


                                     CONTENIDO MODULAR

    •   DIAGNÓSTICO
    •   ACTIVIDADES DE EXPLORACIÓN
    •   PROFUNDIZACIÓN
    •   ACTIVIDADES DE APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO A LA VIDA Y AL MEDIO
    •   EVALUACIÓN
    •   AUTOEVALUACIÓN
    •   GLOSARIO
    •   BIBLIOGRAFÍA
DIAGNÓSTICO

¿CUÁLES SON LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS QUE FORMAN PARTE DE LOS SERES VIVOS?




  ¿CÓMO AL ESTUDIAR SU     MECÁNICA BIOQUÍMICA NOS PERMITE COMPRENDER MEJOR LA
NATURALEZA?




¿CUÁLES PREGUNTAS SURGEN A PARTIR DE LA AFIRMACIÓN ANTERIOR?




   ¿QUÉ ES METABOLISMO?
¿QUÉ ES UN CATALIZADOR BIOLÓGICO?




¿CÓMO SE RELACIONA LA BIOQUÍMICA CON EL METABOLISMO?




¿CUÁL BIOMOLÉCULA CONOCES?
¿EN QUÉ SE RELACIONA LA BIOQUÍMICA CON LA QUÍMICA ORGÁNICA?




                        RESULTADOS DE LA PRUEBA DIAGNÓSTICA


   Las fortalezas que tengo son:




                                                                  debo
                                                                  profundizar en
                                                                  los   siguientes
                                                                  temas:
   Para mejorar voy a desarrollar las siguientes actividades:




                                 ACTIVIDADES DE EXPLORACIÓN
•   Muchas sustancias son publicitadas para mejorar nuestra salud, dentro de ellas están las vitaminas.
    ¿de qué están hechas? Justifica tu respuesta.




•   En ocasiones sabes de la existencia de sustancias artificiales que se le adicionan a los comestibles para
    darles un valor nutricional más importante. ¿Sabes de donde proceden o cómo se obtienen, o de qué
    están hechas?
•   Sabemos que existen sustancias que se utilizan como energizantes. ¿Sabemos que son?




•   Uno de los grandes problemas nutricionales a nivel mundial es el uso indiscriminado de harinas. .
    ¿Sabes que son? ¿Cómo se obtienen? ¿Cuál es su composición química?




•   Muchas veces encontramos en almacenes de cadena productos con contenidos bajos en grasa como
    las margarinas, los “empaquetados”, etc. ¿Sabemos su origen y composición química?




•   Existen muchos suplementos multivitamínicos. Averigua su composición química y la relación con la
    química orgánica.
ACTIVIDADES DE PROFUNDIZACIÓN
http://genesis.uag.mx/edmedia/material/quimicaII/enzimas.cfm




              ¿QUÉ APRENDEREMOS?
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN BIMESTRAL

No.        ACTIVIDADES PEDAGÓGICAS BIMESTRALES           /50 FECHA   NOTA
 1    Pruebas escritas.                                  10.0
 2    Sustentaciones orales.                              0.5
 3    Modelos prácticos y aplicativos.                    0.5
 4    Informes de trabajos prácticos y experimentales.    5.0
 5    Consultas.                                          2.0
 6    Tareas                                              3.0
 7    Proceso modular.                                    5.0
 8    Plan lector.                                        4.0
 9    Autoevaluación                                      3.0
10    Comportamiento en clase.                            5.0
11    Proyecto ECOBOSCO                                   5.0
12    Actividades institucionales.                        3.0
13    Trabajo de equipo.                                  2.0
14    Actividades del cronograma bimestral.               2.0




                                  LA BIOQUÍMICA
La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número
de substancias dando por resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la
energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la
reproducción celular. Al conjunto de reacciones que suceden dentro de los seres vivos se le llama
metabolismo.

El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células del cuerpo. El
metabolismo transforma la energía que contienen los alimentos que ingerimos en el combustible que
necesitamos para todo lo que hacemos, desde movernos hasta pensar o crecer. Las Proteínas específicas
del cuerpo controlan las reacciones químicas del metabolismo, y todas esas reacciones químicas están
coordinadas con otras funciones corporales. De hecho, en nuestros cuerpos tienen lugar miles de
reacciones metabólicas simultáneamente, todas ellas reguladas por el organismo, que hacen posible que
nuestras células estén sanas y funcionen correctamente.

El metabolismo es un proceso constante que empieza en el momento de la concepción y termina cuando
morimos. Es un proceso vital para todas las formas de vida -no solo para los seres humanos. Si se detiene
el metabolismo en un ser vivo, a este le sobreviene la muerte.

He aquí un ejemplo de cómo funciona el proceso del metabolismo en los seres humanos -y empieza con
las plantas. En primer lugar, las plantas verdes obtienen energía a partir de la luz solar. Las plantas utilizan
esa energía y una molécula denominada clorofila (que les proporciona su color verde característico) para
fabricar azúcares mediante el agua y el dióxido de carbono. Este proceso se denomina fotosíntesis.

Las principales generalidades sobre las Biomoléculas se describen a continuación:




                                   CARBOHIDRATOS O GLÚCIDOS


Estructura Química

Los carbohidratos o hidratos de carbono están formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) con
la formula general (CH2O) n. Los carbohidratos incluyen azúcares, almidones, celulosa, y muchos otros
compuestos que se encuentran en los organismos vivientes. Los carbohidratos básicos o azúcares simples
se denominan monosacáridos. Azúcares simples pueden combinarse para formar carbohidratos más
complejos. Los carbohidratos con dos azúcares simples se llaman disacáridos. Carbohidratos que
consisten de dos a diez azúcares simples se llaman oligosacáridos, y los que tienen un número mayor se
llaman polisacáridos.
AzúcaresLos azúcares son hidratos de carbono generalmente blancos y cristalinos, solubles en agua y con
un sabor dulce.

                                  Los monosacáridos son azúcares simples

                   Clasificación de monosacáridos basado en el número de carbonos
    No. de Carbonos      Categoría                                  Ejemplos
            4          Tetrosas       Eritrosa, Treosa
            5          Pentosas       Arabinosa, Ribosa, Ribulosa, Xilosa, Xilulosa, Lixosa
                                      Alosa, Altrosa, Fructosa, Galactosa, Glucosa, Gulosa, Idosa,
            6          Hexosas
                                      Manosa, Sorbosa, Talosa, Tagatosa
            7          Heptosas       Sedoheptulosa

Las estructuras de los sacáridos se distinguen principalmente por la orientación de los grupos hidroxilos (-
OH). Esta pequeña diferencia estructural tiene un gran efecto en las propiedades bioquímicas, las
características organolepticas (ej., sabor), y en las propiedades físicas como el punto de fusión y la
rotación específica de la luz polarizada. Un monosacárido de forma lineal que tiene un grupo carbonilo
(C=O) en el carbono final formando un aldehído (-CHO) se clasifica como una aldosa. Cuando el grupo
carbonilo está en un átomo interior formando una cetona, el monosacárido se clasifica como una cetosa.

La forma anular de la ribosa es un componente del ácido ribonucleico (ARN). La desoxirribosa, que se
distingue de la ribosa por no tener un oxígeno en la posición 2, es un componente del
ácido desoxirribonucleico (ADN). En los ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo en el carbono numero 1 se
reemplaza con bases nucleótidas.




                           Ribosa                        Desoxirribosa

Hexosas

Hexosas, como las que están ilustradas aquí, tienen la fórmula molecular C6H12O6. El químico alemán Emil
Fischer (1852-1919) identificó los estereoisómeros de estas aldohexosas en 1894. Por este trabajo recibió
un Premio Nobel en 1902.
D-Alosa         D-Altrosa     D-Glucosa      D-Manosa




Estructuras que tienen configuraciones opuestas solamente en un grupo hidroxilo, como la glucosa y la
manosa, se llaman epímeros. La glucosa, también llamada dextrosa, es el azúcar más predominante en las
plantas y los animales, y es el azúcar presente en la sangre. La forma lineal de la glucosa es un aldehído
polihídrico. En otras palabras, es una cadena de carbonos con varios grupos hidroxilos y un grupo
aldehído. La fructosa, también llamada levulosa, está ilustrada aquí en forma lineal y anular. La relación
entre estas formas se discute más tarde. La fructosa y la glucosa son los principales hidratos de carbono
en la miel.




           D-Tagatosa
                          D-Fructosa      Fructosa             Galactosa          Manosa
           (una cetosa)




Heptosas

La sedoheptulosa tiene la misma estructura que la fructosa, pero con un carbono adicional.
D-Sedoheptulosa

Formas lineales y anulares

Los monosacáridos pueden existir en formas lineales y formas anulares, como se ha ilustrado
anteriormente. La forma anular es más favorecida en soluciones acuosas, y el mecanismo de la formación
de las formas cíclicas es semejante en todos los azúcares simples. La forma anular de la glucosa se crea
cuando el oxígeno del carbono numero 5 se enlaza con el carbono que forma el grupo carbonilo (el
carbono numero 1) y transfiere su hidrógeno al oxígeno del carbonilo para crear un grupo hidroxilo. Estos
intercambios producen alfa-glucosa cuando el grupo hidroxilo resulta en el lado opuesto al grupo -CH2OH,
o beta-glucosa cuando el grupo hidroxilo resulta en el mismo lado que el grupo -CH2OH. Isómeros como
estos, que se diferencian solamente en la configuración del carbono del grupo carbonilo, se llaman
anómeros. La letra D en el nombre se derivó originalmente de la propiedad de las soluciones de glucosa
natural que desvían el plano de la luz polarizada a la derecha (dextrorotatoria), aunque ahora la letra
denota una configuración específica. Monosacáridos que tienen formas cíclicas pentagonales, como la
ribosa, se llaman furanosas. Azúcares con formas cíclicas hexagonales, como la glucosa, se llaman
piranosas.




       D-Glucosa
                        α-D-Glucosa             β-D-Glucosa          Ciclación de la glucosa
       (una aldosa)


Estereoquímica

Sacáridos con grupos funcionales idénticos pero con configuraciones espaciales diferentes tienen
propiedades químicas y biológicas distintas. La estereoquímica es el estudio de la organización de los
átomos en un espacio tridimensional. Se les llama estereoisómeros a los compuestos con enlaces
químicos idénticos que se distinguen por tener los átomos en una configuración espacial diferente.
Compuestos especulares no superponibles, comparables a un zapato derecho y uno izquierdo, se llaman
enantiómeros. Las estructuras siguientes ilustran la diferencia entre la β-D-Glucosa y la β-L-Glucosa.
Moléculas idénticas pueden hacerse corresponder rotándolas, pero los enantiómeros, que corresponden
a imágenes reflejadas en un espejo, no pueden ser superpuestas. La glucosa es ilustrada frecuentemente
en "forma de silla" que es la conformación predominante en disolución acuosa. La conformación de
"bote" de la glucosa es inestable.
β-D-Glucosa
                        β-D-Glucosa       β-L-Glucosa
                                                            (forma de silla)




                                                            β-D-Glucosa
                        β-D-Glucosa       β-L-Glucosa
                                                            (forma de bote)


Azúcar-alcoholes, Aminoazúcares, y Ácidos urónicos

Los azúcares pueden ser modificados en el laboratorio o por procesos naturales para producir
compuestos que retienen la configuración de los sacáridos, pero con grupos funcionales diferentes. Los
azúcar-alcoholes, también llamados polioles, alcoholes polihídricos, o polialcoholes, corresponden a las
formas hidrogenadas de las aldosas y cetosas. Por ejemplo, glucitol (sorbitol), tiene la misma forma lineal
que la glucosa, pero el grupo aldehído (-CHO) se reemplaza con -CH2OH. Otros azúcar-alcoholes comunes
incluyen los monosacáridos eritritol y xilitol, y los disacáridos lactitol y maltitol. Los azúcar-alcoholes
tienen aproximadamente la mitad de las calorías que otros carbohidratos y se usan frecuentemente en
productos "sin azúcar" o de bajas calorías.

Xilitol, que tiene los grupos hidroxilos con la orientación de la xilosa, es un ingrediente común en dulces y
chicles "sin azúcar" porque tiene aproximadamente la dulzura de la sucrosa y solamente el 40% de las
calorías. Aunque este azúcar-alcohol parece ser inofensivo para los humanos, una dosis pequeña de xilitol
puede causar insuficiencia hepática y muerte en los perros.

Los aminoazúcares o amino-sacáridos reemplazan un grupo hidroxilo con un grupo amino (-NH2). La
glucosamina es un aminoazúcar que se usa para regenerar el cartílago y para reducir el dolor y la
progresión de la artritis.

Los ácidos urónicos tienen un grupo carboxilo (-COOH) en el carbono que no es parte del anillo. Los
nombres de los ácidos urónicos retienen la raíz de los monosacáridos, pero el sufijo -osa cambia a
-urónico. Por ejemplo, el ácido galacturónico tiene la misma configuración que la galactosa, y la
configuración del ácido glucurónico corresponde a la glucosa.
Ácido glucurónico
                        Glucitol o Sorbitol Glucosamina
                                                             (un         ácido
                        (un azúcar alcohol) (un aminoazúcar)
                                                             urónico)




Los disacáridos son carbohidratos formados por dos azúcares simples.

                             Descripción y componentes de los disacáridos
           Disacárido                           Descripción                        Componentes
            sucrosa                            azúcar común                    glucosa 1α→2 fructosa
            maltosa                producto de la hidrólisis del almidón       glucosa 1α→4 glucosa
           trehalosa                    se encuentra en los hongos             glucosa 1α→1 glucosa
             lactosa                   el azúcar principal de la leche        galactosa 1β→4 glucosa
           melibiosa               se encuentra en plantas leguminosas        galactosa 1α→6 glucosa




            Sucrosa                               Lactosa                             Maltosa

La sucrosa (o sacarosa), es el azúcar común refinado de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. La
sucrosa es el carbohidrato principal del azúcar moreno, del azúcar tamizado, y de la melaza. La lactosa
está formada por una molécula de glucosa y otra de galactosa. La intolerancia de lactosa es causada por
una deficiencia de enzimas (lactasas) que desdoblan la molécula de lactosa en dos monosacáridos. La
inhabilidad de digerir la lactosa resulta en la fermentación de este glúcido por bacterias intestinales que
producen ácido láctico y gases que causan flatulencia, meteorismo, cólico abdominal, y diarrea. El yogur
no causa estos problemas porque los microorganismos que transforman la leche en yogur consumen la
lactosa.

La Maltosa consiste de dos moléculas de α-D-glucosa con el enlace alfa del carbono 1 de una molécula
conectado al oxígeno en el carbono 4 de la segunda molécula. Esta unión se llama un enlace glicosídico
1α→4 (también se llama "enlace glucosídico" en muchos textos en español). La trehalosa consiste de dos
moléculas de α-D-glucosa conectadas con un enlace 1α→1. La celobiosa es un disacárido formado por dos
moléculas de β-D-glucosa conectadas por un enlace 1β→4 como la celulosa. La celobiosa no tiene sabor,
mientras que la maltosa y la trehalosa son aproximadamente una tercera parte tan dulces como la
sucrosa.



Trisacáridos

La rafinosa (o melitosa) es un trisacárido que se encuentra en muchas plantas leguminosas y crucíferas
como los frijoles (judías), guisantes, col, y brócoli. La rafinosa está formada por una molécula de galactosa
conectada a una de sucrosa por un enlace glicosídico 1α→6. Este sacárido es indigestible por los seres
humanos y se fermenta en el intestino grueso por bacterias que producen gas. Tabletas que contienen la
enzima alfa-galactosidasa, como el suplemento farmacéutico Beano, se usan frecuentemente para ayudar
a la digestión y para evitar el meteorismo y flatulencias. La enzima se deriva de variedades comestibles
del hongo Aspergillus niger.



Los polisacáridos son polímeros de azúcares simples

Muchos polisacáridos, a diferencia de los azúcares, son insolubles en agua. La fibra dietética consiste de
polisacáridos y oligosacáridos que resisten la digestión y la absorción en el intestino delgado, pero son
completamente o parcialmente fermentados por microorganismos en el intestino grueso. Los
polisacáridos que se describen a continuación son muy importantes en la nutrición, la biología, o la
preparación de alimentos.

Almidón

El almidón es la forma principal de reservas de carbohidratos en los vegetales. El almidón es una mezcla
de dos sustancias: amilosa, un polisacárido esencialmente lineal, y amilopectina, un polisacárido con una
estructura muy ramificada. Las dos formas de almidón son polímeros de α-D-Glucosa. Los almidones
naturales contienen 10-20% de amilosa y 80-90% de amilopectina. La amilosa forma una dispersión
coloidal en agua caliente que ayuda a espesar caldos o salsas, mientras que la amilopectina es
completamente insoluble.

          •    Las moléculas de amilosa consisten típicamente de 200 a 20,000 unidades de glucosa que se
               despliegan en forma de hélix como consecuencia de los ángulos en los enlaces entre las
               moléculas de glucosa.
Amilosa




         •   La amilopectina se distingue de la amilosa por ser muy ramificada. Cadenas laterales cortas
             conteniendo aproximadamente 30 unidades de glucosa se unen con enlaces 1α→6 cada
             veinte o treinta unidades de glucosa a lo largo de las cadenas principales. Las moléculas de
             amilopectina pueden contener hasta dos millones de unidades de glucosa.



Los almidones se transforman en muchos productos comerciales por medio de hidrólisis usando ácidos o
enzimas como catalizadores. La hidrólisis es una reacción química que desdobla cadenas largas de
polisacáridos por la acción del agua para producir cadenas más pequeñas o carbohidratos simples. Los
productos resultantes son asignados un valor de equivalencia en dextrosa (DE) que está relacionado al
nivel de hidrólisis realizado. Un DE con valor de 100 corresponde al almidón completamente hidrolizado,
que es la glucosa (dextrosa) pura. Las dextrinas son un grupo de carbohidratos producidos por la hidrolisis
del almidón. Las dextrinas son polímeros de cadena corta que consisten de moléculas de D-glucosa unidas
por enlaces glicosídicos 1α→4 o 1α→6. La maltodextrina es un almidón parcialmente hidrolizado que no
es dulce y que tiene un valor DE menor de 20. Los jarabes, como el jarabe de maíz o miel de maíz,
provienen del almidón de maíz y tienen valores DE de 20 a 91. La dextrosa comercial tiene valores DE de
92 a 99. Sólidos de jarabe de maíz son productos semicristalinos o polvos amorfos de poca dulzura con
DE de 20 a 36 que se producen secando el jarabe de maíz al vacío o por atomización en cámara secadora.
El jarabe de maíz de alta fructosa (JMAF), que se usa comúnmente en la producción de refrescos, se
produce tratando el jarabe de maíz con enzimas que convierten una porción de la glucosa a fructosa. El
jarabe de maíz de alta fructosa contiene aproximadamente 42% a 55% de fructosa y el resto consiste
principalmente de glucosa. El almidón modificado es un almidón alterado por procesos mecánicos o
químicos para estabilizar geles de almidón hechas con agua caliente. Sin modificación, geles de almidón y
agua pierden su viscosidad o adquieren una textura plástica después de varias horas. Los jarabes de
glucosa hidrogenados se producen hidrolizando almidón, y después hidrogenando el jarabe resultante
para producir azúcar-alcoholes como el maltitol, el sorbitol, y otros oligo- y polisacáridos hidrogenados. La
polidextrosa (poli-D-glucosa) es un polímero muy ramificado con muchos tipos de enlaces glicosídicos. Se
produce calentando dextrosa con un catalizador ácido y purificando el resultante polímero soluble en
agua. La polidextrosa se usa como voluminizador en productos alimenticios porque no tiene sabor y es
semejante a la fibra en su resistencia a la digestión. El almidón resistente es almidón comestible que no
se degrada en el estómago, pero se fermenta por la microflora en el intestino grueso.

                                 Dulzura relativa de varios carbohidratos

                                   fructosa                          173
azúcar invertido*                 120
                                  JMAF (42% fructosa)               120
                                  sucrosa                           100
                                  xilitol                           100
                                  tagatosa                           92
                                  glucosa                            74
                                  jarabe de maíz (DE alto)           70
                                  sorbitol                           55
                                  mannitol                           50
                                  trehalosa                          45
                                  jarabe de maíz ordinario           40
                                  galactosa                          32
                                  maltosa                            32
                                  lactosa                            15

         * El azúcar invertido es una mezcla de glucosa y fructosa que se encuentra en las frutas.


Glucógeno (Glicógeno)

La glucosa se almacena como glucógeno en los tejidos del cuerpo por el proceso de glucogénesis. Cuando
la glucosa no se puede almacenar como glucógeno o convertirse inmediatamente a energía, es convertida
a grasa. El glucógeno es un polímero de α-D-Glucosa idéntico a la amilopectina, pero las ramificaciones
son mas cortas (aproximadamente 13 unidades de glucosa) y más frecuentes. Las cadenas de glucosa
están organizadas globularmente como las ramas de un árbol originando de un par de moléculas de
glucogenina, una proteína con un peso molecular de 38,000 que sirve como cebador en el centro de la
estructura. El glucógeno se convierte fácilmente en glucosa para proveer energía.




                                               Glucógeno

Dextranos

Los dextranos son polisacáridos semejantes a la amilopectina, pero las cadenas principales están
formadas por enlaces glicosídicos 1α→6 y las cadenas laterales tienen enlaces 1α→3 o 1α→4. Las
bacterias bucales producen dextranos que se adhieren a los dientes formando placa dental. Los dextranos
tienen usos comerciales en la producción de dulces, lacas, aditivos comestibles, y voluminizadores del
plasma sanguíneo.

Inulina

Algunas plantas almacenan los hidratos de carbono no solamente como almidón sino también como
inulina. Las inulinas se encuentran en muchos vegetales y frutas incluso las cebollas, ajo común, plátanos,
papa de Jerusalén, y jícama. Las inulinas, también llamadas fructanos, son polímeros formados por
cadenas de fructosa con una glucosa terminal. La oligofructosa tiene la misma estructura que la inulina,
pero las cadenas tienen diez o menos unidades de fructosa. La oligofructosa tiene aproximadamente el 30
o el 50 por ciento de la dulzura del azúcar común. La inulina es menos soluble que la oligofructosa y tiene
una textura cremosa que se siente como grasa en la boca. La inulina y la oligofructosa son indigestibles
por las enzimas en los intestinos humanos, pero son totalmente fermentadas por los microorganismos
intestinales. Los ácidos grasos de cadena corta y el lactato producido por la fermentación contribuyen 1.5
kcal por gramo de inulina u oligofructosa. La inulina y la oligofructosa se usan para reemplazar la grasa y
el azúcar en alimentos como los helados, productos lácteos, dulces, y repostería.




Celulosa

La celulosa es un polímero con cadenas largas sin ramificaciones de β-D-Glucosa y se distingue del
almidón por tener grupos -CH2OH alternando por arriba y por debajo del plano de la molécula. La
ausencia de cadenas laterales permite a las moléculas de celulosa acercarse unas a otras para formar
estructuras rígidas. La celulosa es el material estructural más común en las plantas. La madera consiste
principalmente de celulosa, y el algodón es casi celulosa pura. La celulosa puede ser desdoblada
(hidrolizada) en sus glucosas constituyentes por microorganismos que residen en el sistema digestivo de
las termitas y los rumiantes. La celulosa se puede modificar en el laboratorio tratándola con ácido nítrico
(HNO3) para reemplazar todos los grupos hidroxilos con nitratos (-ONO2) y producir el nitrato de celulosa
(nitrocelulosa o algodón explosivo) que es un componente de la pólvora sin humo. La celulosa
parcialmente nitrada, piroxilina, se usa en la producción del colodión, plásticos, lacas, y esmaltes de uñas.

Hemicelulosa

Las hemicelulosas son polisacáridos que, excluyendo la celulosa, constituyen las paredes celulares de las
plantas y se pueden extraer con soluciones alcalinas diluidas. Las hemicelulosas forman aproximadamente
una tercera parte de los carbohidratos en las partes maderosas de las plantas. La estructura química de
las hemicelulosas consiste de cadenas largas con una gran variedad de pentosas, hexosas, y sus
correspondientes ácidos úronicos. Las hemicelulosas se encuentran en frutas, tallos de plantas, y las
cáscaras de granos. Aunque las hemicelulosas no son digeribles, pueden ser fermentadas por levaduras y
bacterias. Los polisacáridos que producen pentosas al desdoblarse se llaman pentosanos. La xilana es un
pentosano que consiste de unidades de D-xilosa conectadas por enlaces 1β→4.

Arabinoxilano
Los arabinoxilanos son polisacáridos que se encuentran en el salvado (la cubierta exterior de granos)
como el trigo, el centeno, y la cebada. Los arabinoxilanos tienen un esqueleto químico de xilana con
unidades de L-arabinofuranosa (L-arabinosa en su estructura pentagonal) distribuidas al azar con enlaces
1α→2 y 1α→3 a lo largo de la cadena de xilosas. La xilosa y la arabinosa son ambas pentosas, po r eso los
arabinoxilanos también se clasifican como pentosanos. Los arabinoxilanos son de importancia en
la panadería. Las unidades de arabinosa producen compuestos viscosos con el agua que afectan la
consistencia de la masa, la retención de burbujas de la fermentación en las películas de gluten y
almidón, y la textura final de los productos horneados.




Quitina

La quitina es un polímero no ramificado de N-acetil-D-glucosamina. Se encuentra en las paredes celulares
de los hongos y en los exoesqueletos de los artrópodos y otros animales inferiores, ej., insectos,
arácnidos, y crustáceos. La quitina se puede considerar un derivado de la celulosa en el cual los grupos
hidroxilos del segundo carbono de cada glucosa han sido reemplazados por grupos acetamido (-
NH(C=O)CH3).




Beta-Glucano

Los beta-glucanos consisten de polisacáridos no ramificados de β-D-Glucosa como la celulosa, pero con un
enlace 1β→3 por cada tres o cuatro enlaces 1β→4. Los beta-glucanos forman moléculas largas y
cilíndricas que pueden contener hasta 250,000 unidades de glucosa. Los beta glucanos se encuentran en
las paredes de las células del endospermo de granos como la cebada y la avena, y ayudan a reducir las
enfermedades del corazón bajando el nivel de colesterol y reduciendo la reacción glicémica de los
carbohidratos. Se usan comercialmente para sustituir grasas y para modificar la textura de los productos
alimenticios.

Glicosaminoglicano

Los glicosaminoglicanos se encuentran en los fluidos lubricantes de las articulaciones del cuerpo y son
componentes del cartílago, líquido sinovial, humor vítreo, huesos, y las válvulas del corazón. Los
glicosaminoglicanos son polisacáridos largos sin ramificaciones formados por disacáridos que contienen
uno de dos tipos de amino-azúcares: N-acetilgalactosamina o N-acetilglucosamina, y un ácido urónico
como el glucurónico (glucosa con el átomo numero seis formando un grupo carboxilo). Los
glicosaminoglicanos tienen una carga eléctrica negativa y también se llaman mucopolisacáridos por ser
muy viscosos. Los más importantes glicosaminoglicanos en la fisiología son el ácido hialurónico, el
dermatán sulfato, el sulfato de condroitina, la heparina, el heparán sulfato, y el keratan sulfato. El sulfato
de condroitina consiste de β-D-glucuronato enlazado al tercer carbono de N-ácetilgalactosamina-4-sulfato
como en la ilustración siguiente. La heparina es una mezcla compleja de polisacáridos lineales con
diversas cantidades de sulfatos en los sacáridos constituyentes. La heparina se usa en la medicina como
un anticoagulante.



Agar y Carragenanos

El agar, o agar-agar, se extrae de algas y se usa como espesante en muchos productos alimenticios por sus
propiedades gelificantes. El agar es un polímero de la agarobiosa, un disacárido compuesto de D-galactosa
y 3,6-anhidro-L-galactosa. Los geles de agar refinado se usan para hacer culturas de bacterias o tejidos
celulares, y para electroforesis de ácidos desoxirribonucleicos (ADN). Los carragenanos son varios
polisacáridos que también se derivan de las algas. Los carragenanos se diferencian del agar porque
sustituyen algunos grupos hidroxilos con grupos sulfatos (-OSO3-). Los carragenanos también se usan para
espesar y gelificar productos alimenticios.




Ácido algínico, Alginatos

El alginato se extrae de algas marinas, como el kelp gigante (Macrocystis pyrifera). Los constituyentes
químicos del alginato consisten de secuencias distribuidas al azar de ácidos β-D-manurónico y α-L-
gulurónico con enlaces 1→4. Aunque los alginatos son insolubles en el agua, pueden absorber una gran
cantidad de agua y se usan como agentes gelificantes y espesadores. Los alginatos se usan en la
fabricación de textiles, papel, y cosméticos. El alginato de sodio se usa en la industria alimentaria para
aumentar la viscosidad y como emulsificante. Los alginatos se encuentran en productos comestibles como
helados y también en alimentos dietéticos donde sirven para la supresión de apetito. En odontología, los
alginatos se usan para hacer impresiones dentales.




Galactomanano

Los galactomananos son polisacáridos que consisten de una cadena de manosa con grupos laterales de
galactosa. Las unidades de manopiranosa están unidas por enlaces 1β→4, y las unidades laterales de
galactopiranosa se unen a la cadena central con enlaces 1α→6. Los galactomananos se encuentran en
varias gomas vegetales que se usan para aumentar la viscosidad de productos alimenticios. Estas son las
proporciones aproximadas de manosa a galactosa en varias gomas:

         •   Goma de Alholva (Fenogreco), manosa:galactosa 1:1
         •   Goma Guar, manosa:galactosa 2:1
         •   Goma de Tara, manosa:galactosa 3:1
         •   Goma de Algarrobo o Goma Garrofín, manosa:galactosa 4:1
Guar (Cyamopsis tetragonolobus) es una planta leguminosa que se ha cultivado tradicionalmente como
forraje para ganado vacuno. La goma guar se deriva del endospermo molido de las semillas.
Aproximadamente el 85% de la goma guar es guaran, un polisacárido soluble en agua formado por
cadenas lineales de manosa con enlaces 1β→4 a las cuales están conectadas unidades de galactosa con
enlaces 1α→6. La proporción de manosa a galactosa es 2:1. La goma guar tiene cinco u ocho veces más
capacidad espesante que el almidón y por eso tiene muchos usos en la industria farmacéutica, y también
como estabilizador de productos alimenticios y fuente de fibra dietética.




Pectina

Las pectinas son polisacáridos que sirven como cemento en las paredes celulares de todos los tejidos de
las plantas. La parte blanca de las cáscaras de limón o naranja contienen aproximadamente 30% de
pectina. La pectina es un éster metilado del ácido poligalacturónico, y consiste de cadenas de 300 a 1000
unidades de ácido galacturónico conectadas por enlaces 1α→4. El grado de esterificación (GE) afecta las
propiedades gelificantes de la pectina. La estructura ilustrada aquí tiene tres metil ésteres (-COOCH3) por
cada dos grupos carboxilos (-COOH). Esto corresponde a un 60% de esterificación o una pectina GE-60. La
pectina es un ingrediente importante para conservas de frutas, jaleas, y mermeladas.




Goma Xantana

La goma xantana es un polisacárido con un esqueleto de β-D-glucosa como la celulosa, pero cada segunda
unidad de glucosa está conectada a un trisacárido de manosa, ácido glucurónico, y manosa. La manosa
más cercana a la cadena principal tiene un éster de ácido acético en el carbono 6, y la manosa final del
trisacárido tiene un enlace entre los carbonos 6 y 4 al segundo carbono de un ácido pirúvico. La goma
xantana es producida por la bacteria Xanthomonas campestris que se encuentra en vegetales crucíferos
como la col y coliflor. Las cargas negativas en los grupos carboxilos de las cadenas laterales causan que las
moléculas formen fluidos muy espesos al ser mezclados con agua. La goma xantana se usa como
espesante para salsas, para prevenir la formación de cristales de hielo en los helados, y como sustitutos
de grasa con pocas calorías. La goma xantana frecuentemente se mezcla con la goma guar porque la
viscosidad de la combinación es mayor a la de las gomas usadas solas.




Glucomanano

El glucomanano es una fibra dietética que se obtiene de los tubérculos de Amorphophallus konjac
cultivada en Asia. La harina de los tubérculos de konjac se usa para hacer tallarines o fideos muy bajos en
calorías, ej., los fideos japoneses shirataki. El glucomanano se usa en las dietas para reducir el hambre
porque produce una sensación de plenitud y crea soluciones muy viscosas que retardan la absorción de
los nutrientes de los alimentos. Un gramo de este polisacárido soluble puede absorber hasta 200 ml de
agua, por esto el glucomanano también se usa para artículos absorbentes como pañales desechables y
toallas sanitarias femeninas. El polisacárido consiste de glucosa (G) y manosa (M) en una proporción 5:8
con enlaces 1β→4. La unidad polimérica tiene el patrón molecular: GGMMGMMMMMGGM. Cadenas
cortas laterales de 11 a 16 monosacáridos ocurren a intervalos de 50 a 60 unidades de la cadena principal
unidas por enlaces 1β→3. Grupos de acetato en el carbono 6 se encuentran en cada 9 a 19 unidades de la
cadena principal. La hidrólisis de los grupos acetatos favorecen la formación de enlaces de hidrógeno
intermoleculares que son responsables por la acción gelificante.


                                          GRASAS Y ACEITES
Grasas y aceites o Triglicéridos, son grupo de compuestos orgánicos existentes en la naturaleza que
consisten en ésteres formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula del alcohol glicerina.
Son sustancias aceitosas, grasientas o cerosas, que en estado puro son normalmente incoloras, inodoras e
insípidas. Las grasas y aceites son más ligeros que el agua e insolubles en ella; son poco solubles en
alcohol y se disuelven fácilmente en éter y otros disolventes orgánicos. Las grasas son blandas y untuosas
a temperaturas ordinarias, mientras que los aceites fijos (para distinguirlos de los aceites esenciales y el
petróleo) son líquidos. Algunas ceras, que son sólidos duros a temperaturas ordinarias, son químicamente
similares a las grasas. Las grasas existen normalmente en los tejidos animales y vegetales como una
mezcla de grasas puras y ácidos grasos libres. Las más comunes entre esas grasas son: la palmitina, que es
el éster del ácido palmítico, la estearina o éster del ácido esteárico, y la oleína, éster del ácido oleico.
Estos compuestos químicos puros existen en distintas proporciones en las grasas y aceites naturales, y
determinan las características físicas de cada una de esas sustancias. Las grasas se dividen en saturadas e
insaturadas, dependiendo de si los enlaces químicos entre los átomos de carbono de las moléculas
contienen todos los átomos de hidrógeno que pueden tener (saturadas) o tienen capacidad para más
átomos (insaturadas), debido a la presencia de enlaces dobles o triples. Generalmente, las grasas
saturadas son sólidas a temperatura ambiente; las insaturadas y poliinsaturadas son líquidas. Las grasas
insaturadas se pueden convertir en grasas saturadas añadiendo átomos de hidrógeno.
Las grasas vegetales se obtienen normalmente extrayéndolas a presión de las semillas y frutos. Por lo
general, las grasas animales se obtienen hirviendo el tejido graso animal en agua y dejándolo enfriar. El
calor disuelve la grasa del tejido; ésta, debido a su densidad relativa, sube a la superficie del agua y así se
puede desprender la capa de grasa.

Las grasas y aceites se consumen principalmente en alimentación. Algunas grasas naturales, como la grasa
de la leche y la manteca de cerdo, se usan como alimento con muy poca preparación. Algunos aceites no
saturados, como el aceite de semilla de algodón y el de maní, se hidrogenan parcialmente para aumentar
su punto de fusión y poder utilizarlos como grasas en pastelería y para cocinar. El sebo, que está formado
por las grasas y aceites animales de las ovejas y el ganado vacuno, se usa para hacer velas y en algunas
margarinas. Los aceites naturales que contienen ésteres de ácidos insaturados, se conocen como aceites
secantes y poseen la propiedad de formar una película seca permanente cuando se les expone al aire. El
aceite de linaza y otros aceites de este tipo se utilizan extensamente en la producción de pinturas. Las
grasas sirven también como material en bruto para fabricar jabón. Las células vivas contienen grasas
simples, como las descritas anteriormente, y otros materiales similares a las grasas. Entre estos últimos,
que son sustancias más complejas, se encuentran los lípidos y los esteroles. Los fosfolípidos son derivados
de ácidos grasos, glicerina, ácido fosfórico y bases que contienen nitrógeno. Los glicolípidos no contienen
fósforo, pero son derivados de hidratos de carbono, ácidos grasos y compuestos de nitrógeno. Los
esteroles están compuestos por moléculas complejas, cada una con 20 o más átomos de carbono en una
estructura en cadena o entrelazada.

Las grasas parecen ser una fuente de energía concentrada y eficaz para las células. La oxidación de un
gramo de grasa típica libera 39.000 julios de energía, mientras que la oxidación de un gramo de proteína o
de hidrato de carbono produce sólo 17.000 julios. Las grasas también tienden a endurecer las células
porque forman una mezcla semisólida con el agua. La investigación sobre los ataques cardiacos y otros
problemas circulatorios indica que ciertas formas de estas enfermedades son causadas en parte por el
consumo excesivo de comidas ricas en grasas, incluyendo lípidos y esteroles. Los estudios demuestran
también que la probabilidad de ataques cardiacos disminuye al reducir el consumo de grasas saturadas.
Cuando se añaden a la dieta grasas sólidas saturadas, aumenta la cantidad de colesterol en la sangre, pero
si las grasas sólidas se sustituyen por grasas o aceites insaturados líquidos (en concreto el tipo
poliinsaturado), la cantidad de colesterol disminuye. Los niveles altos de colesterol en la sangre parecen
promover el sedimento de materiales duros y grasientos en las arterias, produciendo su eventual
obstrucción. Cuando la arteria coronaria alrededor del corazón se obstruye de esta forma, el suministro
de sangre al corazón se interrumpe, y se produce un ataque al corazón. Los científicos investigan
continuamente la forma en que el cuerpo humano maneja los materiales grasos, y cómo afectan los
niveles de colesterol al hecho de que la grasa se deposite en las paredes de las arterias.


                                              PROTEÍNA
Compuestos orgánicos constituidos por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos que intervienen en
diversas funciones vitales esenciales, como el metabolismo, la contracción muscular o la respuesta
inmunológica. Se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son los componentes principales de las células y
que suponen más del 50% del peso seco de los animales. El término proteína deriva del griego proteios,
que significa primero.

Las moléculas proteicas van desde las largas fibras insolubles que forman el tejido conectivo y el pelo,
hasta los glóbulos compactos solubles, capaces de atravesar la membrana celular y desencadenar
reacciones metabólicas. Tienen un peso molecular elevado y son específicas de cada especie y de cada
uno de sus órganos. Se estima que el ser humano tiene unas 30.000 proteínas distintas, de las que sólo un
2% se ha descrito con detalle. Las proteínas sirven sobre todo para construir y mantener las células,
aunque su descomposición química también proporciona energía, con un rendimiento de 4 kilocalorías
por gramo, similar al de los hidratos de carbono.

Además de intervenir en el crecimiento y el mantenimiento celulares, son responsables de la contracción
muscular. Las enzimas son proteínas, al igual que la insulina y casi todas las demás hormonas, los
anticuerpos del sistema inmunológico y la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre. Los
cromosomas, que transmiten los caracteres hereditarios en forma de genes, están compuestos por ácidos
nucleicos y proteínas.

Las proteínas, desde las humanas hasta las que forman las bacterias unicelulares, son el resultado de las
distintas combinaciones entre veinte aminoácidos distintos, compuestos a su vez por carbono, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno y, a veces, azufre. En la molécula proteica, estos aminoácidos se unen en largas hileras
(cadenas polipeptídicas) mantenidas por enlaces peptídicos, que son enlaces entre grupos amino (NH 2) y
carboxilo (COOH). El número casi infinito de combinaciones en que se unen los aminoácidos y las formas
helicoidales y globulares en que se arrollan las hileras o cadenas polipeptídicas, permiten explicar la gran
diversidad de funciones que estos compuestos desempeñan en los seres vivos.

Para sintetizar sus proteínas esenciales, cada especie necesita disponer de los veinte aminoácidos en
ciertas proporciones. Mientras que las plantas pueden fabricar sus aminoácidos a partir de nitrógeno,
dióxido de carbono y otros compuestos por medio de la fotosíntesis, casi todos los demás organismos
sólo pueden sintetizar algunos. Los restantes, llamados aminoácidos esenciales, deben ingerirse con la
comida. El ser humano necesita incluir en su dieta ocho aminoácidos esenciales para mantenerse sano:
leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Todos ellos se encuentran
en las proteínas de las semillas vegetales, pero como las plantas suelen ser pobres en lisina y triptófano,
los especialistas en nutrición humana aconsejan complementar la dieta vegetal con proteínas animales
presentes en la carne, los huevos y la leche, que contienen todos los aminoácidos esenciales.

En general, en los países desarrollados se consumen proteínas animales en exceso, por lo que no existen
carencias de estos nutrientes esenciales en la dieta. El kwashiorkor, que afecta a los niños del África
tropical, es una enfermedad por malnutrición, principalmente infantil, generada por una insuficiencia
proteica grave. La ingesta de proteínas recomendada para los adultos es de 0,8 g por Kg. de peso corporal
al día; para los niños y lactantes que se encuentran en fase de crecimiento rápido, este valor debe
multiplicarse por dos y por tres, respectivamente.

El nivel más básico de estructura proteica, llamado estructura primaria, es la secuencia lineal de
aminoácidos que está determinada, a su vez, por el orden de los nucleótidos en el ADN o en el ARN. Las
diferentes secuencias de aminoácidos a lo largo de la cadena afectan de distintas formas a la estructura
de la molécula de proteína. Fuerzas como los enlaces de hidrógeno, los puentes disulfuro, la atracción
entre cargas positivas y negativas, y los enlaces hidrófobos (repelentes del agua) e hidrófilos (afines al
agua) hacen que la molécula se arrolle o pliegue y adopte una estructura secundaria; un ejemplo es la
llamada hélice a. Cuando las fuerzas provocan que la molécula se vuelva todavía más compacta, como
ocurre en las proteínas globulares, se constituye una estructura terciaria donde la secuencia de
aminoácidos adquiere una conformación tridimensional. Se dice que la molécula tiene estructura
cuaternaria cuando está formada por más de una cadena polipeptídica, como ocurre en la hemoglobina y
en algunas enzimas. Determinados factores mecánicos (agitación), físicos (aumento de temperatura) o
químicos (presencia en el medio de alcohol, acetona, urea, detergentes o valores extremos de pH)
provocan la desnaturalización de la proteína, es decir, la pérdida de su estructura tridimensional; las
proteínas se despliegan y pierden su actividad biológica.

Las cadenas de polipéptidos se organizan en secuencia y se arrollan de forma que los aminoácidos
hidrófobos suelen mirar hacia el interior, para dar estabilidad a la molécula, y los hidrófilos hacia el
exterior, para poder interaccionar con otros compuestos y, en particular, con otras proteínas. Las enzimas
son proteínas; en algunos casos necesitan para llevar a cabo su función un componente no proteico
llamado cofactor, éste puede ser inorgánico (ion metálico) o una molécula orgánica; en este caso el
cofactor se denomina coenzima. En otras ocasiones unas proteínas se unen a otras para formar un
conjunto de proteínas necesario en la química o en la estructura celulares.

A continuación se describen las principales proteínas fibrosas: colágeno, queratina, fibrinógeno y
proteínas musculares.
•   El colágeno, que forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos, es la proteína más abundante
       en los vertebrados. La molécula contiene por lo general tres cadenas polipeptídicas muy largas,
       cada una formada por unos 1.000 aminoácidos, trenzadas en una triple hélice siguiendo una
       secuencia regular que confiere a los tendones y a la piel su elevada resistencia a la tensión.
       Cuando las largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se
       convierten en gelatina.

   •   La queratina, que constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las
       escamas, pezuñas, cuernos y plumas en los animales, se retuerce o arrolla en una estructura
       helicoidal regular llamada hélice a. La queratina protege el cuerpo del medio externo y es por ello
       insoluble en agua. Sus numerosos enlaces disulfuro le confieren una gran estabilidad y le
       permiten resistir la acción de las enzimas proteolíticas (que hidrolizan a las proteínas)

   •   El fibrinógeno es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción
       catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que es el
       elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos.

   •   La miosina, que es la principal proteína responsable de la contracción muscular, se combina con
       la actina, y ambas actúan en la acción contráctil del músculo esquelético y en distintos tipos de
       movimiento celular.



PROTEÍNAS GLOBULARES

A diferencia de las fibrosas, las proteínas globulares son esféricas y muy solubles. Desempeñan una
función dinámica en el metabolismo corporal. Son ejemplos la albúmina, la globulina, la caseína, la
hemoglobina, todas las enzimas y las hormonas proteicas. Albúminas y globulinas son proteínas solubles
abundantes en las células animales, el suero sanguíneo, la leche y los huevos. La hemoglobina es una
proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe el color rojo intenso de los
eritrocitos. Se han descubierto más de cien hemoglobinas humanas distintas, entre ellas la
hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes.

Todas las enzimas son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas sustratos,
para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Estas moléculas, principales
responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales se acopla el
sustrato igual que una mano a un guante para iniciar y controlar el metabolismo en todo el cuerpo.


HORMONAS PROTEICAS

Estas proteínas, segregadas por las glándulas endocrinas, no actúan como las enzimas, sino que estimulan
a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes, como el ritmo
metabólico o la producción de enzimas digestivas y de leche. La insulina, segregada por los islotes de
Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la
concentración de glucosa. La tiroxina, segregada por el tiroides, regula el metabolismo global; y la
calcitonina, también producida en el tiroides, reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la
mineralización ósea.


ANTICUERPOS

Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas distintas que se
producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el
cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con
diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre.


MICROTÚBULOS

Las proteínas globulares pueden también agruparse en diminutos túbulos huecos que actúan como
entramado estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula
a otra. Cada uno de estos microtúbulos está formado por dos tipos de moléculas proteicas casi esféricas
que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y aumentan su longitud en
función de las necesidades. Los microtúbulos constituyen también la estructura interna de los cilios y
flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos microorganismos para moverse.



                                              VITAMINAS
Grupo de 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 13 vitaminas identificadas se clasifican de acuerdo a su capacidad de disolución en grasa
(vitaminas liposolubles) o en agua (vitaminas hidrosolubles). 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, como veremos después). El cuerpo sólo puede producir
vitamina D; todas las demás deben ingerirse a través de la dieta. La carencia da origen a una amplia gama
de disfunciones metabólicas y de otro tipo. Una dieta bien equilibrada contiene todas las vitaminas
necesarias, y la mayor parte de las personas que siguen una dieta así pueden corregir cualquier
deficiencia anterior de vitaminas. Sin embargo, las personas que siguen dietas especiales, que sufren de
trastornos intestinales que impiden la absorción normal de los nutrientes, o que están embarazadas o
dando de mamar a sus hijos, pueden necesitar suplementos especiales de vitaminas para sostener su
metabolismo. Aparte de estas necesidades reales, también existe la creencia popular de que los
suplementos vitamínicos ofrecen remedio para muchas enfermedades, desde resfriados hasta el cáncer;
pero en realidad el cuerpo elimina rápidamente casi todos estos preparados sin absorberlos. Además, las
vitaminas liposolubles pueden bloquear el efecto de otras vitaminas e incluso causar intoxicación grave si
se toman en exceso.

La vitamina A es un alcohol primario de color amarillo pálido que deriva del caroteno. Afecta a la
formación y mantenimiento de la piel, membranas mucosas, huesos y dientes, a la vista y a la
reproducción. Uno de los primeros síntomas de insuficiencia es la ceguera nocturna (dificultad en
adaptarse a la oscuridad). Otros síntomas son excesiva sequedad en la piel; falta de secreción de la
membrana mucosa, lo que produce susceptibilidad a la invasión bacteriana, y sequedad en los ojos
debido al mal funcionamiento del lagrimal, importante causa de ceguera en los niños de países poco
desarrollados. El cuerpo obtiene la vitamina A de dos formas. Una es fabricándola a partir del caroteno,
un precursor vitamínico encontrado en vegetales como zanahoria, brécol, calabaza, espinacas, col y
batata. La otra es absorbiéndola ya lista de organismos que se alimentan de vegetales. La vitamina A se
encuentra en la leche, la mantequilla, el queso, la yema de huevo, el hígado y el aceite de hígado de
pescado. El exceso de vitamina A puede interferir en el crecimiento, detener la menstruación, perjudicar
los glóbulos rojos de la sangre y producir erupciones cutáneas, jaquecas, náuseas e ictericia.

Complejo B

Son sustancias frágiles, solubles en agua, varias de las cuales son sobre todo importantes para metabolizar
los hidratos de carbono o glúcidos.

La tiamina o vitamina B1, una sustancia cristalina e incolora, actúa como catalizador en el metabolismo de
los hidratos de carbono, permitiendo metabolizar el ácido pirúvico y haciendo que los hidratos de
carbono liberen su energía. La tiamina también participa en la síntesis de sustancias que regulan el
sistema nervioso. La insuficiencia de tiamina produce beriberi, que se caracteriza por debilidad muscular,
inflamación del corazón y calambres en las piernas y, en casos graves, incluso ataque al corazón y muerte.
Muchos alimentos contienen tiamina, pero pocos la aportan en cantidades importantes. Los alimentos
más ricos en tiamina son el cerdo, las vísceras (hígado, corazón y riñones), la levadura de cerveza, las
carnes magras, los huevos, los vegetales de hoja verde, los cereales enteros o enriquecidos, el germen de
trigo, las bayas, los frutos secos y las legumbres. Al moler los cereales se les quita la parte del grano más
rica en tiamina, de ahí la probabilidad de que la harina blanca y el arroz blanco refinado carezcan de esta
vitamina. La práctica, bastante extendida, de enriquecer la harina y los cereales ha eliminado en parte el
riesgo de una insuficiencia de tiamina, aunque aún se presenta en alcohólicos que sufren deficiencias en
la nutrición.

La riboflavina o vitamina B2, al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con
una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y
especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También
actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas. La insuficiencia de riboflavina puede complicarse
si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Sus síntomas, no tan definidos como los de la insuficiencia
de tiamina, son lesiones en la piel, en particular cerca de los labios y la nariz, y sensibilidad a la luz. Las
mejores fuentes de riboflavina son el hígado, la leche, la carne, las verduras de color verde oscuro, los
cereales enteros y enriquecidos, la pasta, el pan y las setas.

La nicotinamida o vitamina B3, vitamina del complejo B cuya estructura responde a la amida del ácido
nicotínico o niacina, funciona como coenzima para liberar la energía de los nutrientes. También se conoce
como vitamina PP. La insuficiencia de niacina o ácido nicotínico produce pelagra, cuyo primer síntoma es
una erupción parecida a una quemadura solar allá donde la piel queda expuesta a la luz del sol. Otros
síntomas son lengua roja e hinchada, diarrea, confusión mental, irritabilidad y, cuando se ve afectado el
sistema nervioso central, depresión y trastornos mentales. Las mejores fuentes de niacina son: hígado,
aves, carne, salmón y atún enlatados, cereales enteros o enriquecidos, guisantes (chícharos), granos secos
y frutos secos. El cuerpo también fabrica niacina a partir del aminoácido triptófano. Se han utilizado
experimentalmente sobredosis de niacina en el tratamiento de la esquizofrenia, aunque ninguna prueba
ha demostrado su eficacia. En grandes cantidades reduce los niveles de colesterol en la sangre, y ha sido
muy utilizada en la prevención y tratamiento de la arteriosclerosis. Las grandes dosis en periodos
prolongados pueden ser perjudiciales para el hígado.

La piridoxina o vitamina B6 es necesaria para la absorción y el metabolismo de aminoácidos. También
actúa en la utilización de grasas del cuerpo y en la formación de glóbulos rojos o eritrocitos. La
insuficiencia de piridoxina se caracteriza por alteraciones en la piel, grietas en la comisura de los labios,
lengua depapilada, convulsiones, mareos, náuseas, anemia y cálculos renales. Las mejores fuentes de
piridoxina son: granos enteros (no enriquecidos), cereales, pan, hígado, aguacate, espinacas, judías verdes
(ejotes) y plátano. La cantidad de piridoxina necesaria es proporcional a la cantidad de proteína
consumida.



La cobalamina o vitamina B12, también conocida como cianocobalamina, es una de las vitaminas aisladas
recientemente. Es necesaria en cantidades ínfimas para la formación de nucleoproteínas, proteínas y
glóbulos rojos, y para el funcionamiento del sistema nervioso. La insuficiencia de cobalamina se debe con
frecuencia a la incapacidad del estómago para producir una glicoproteína (factor intrínseco) que ayuda a
absorber esta vitamina. El resultado es una anemia perniciosa, con los característicos síntomas de mala
producción de glóbulos rojos, síntesis defectuosa de la mielina (vaina nerviosa) y pérdida del epitelio
(cubierta membranosa) del tracto intestinal. La cobalamina se obtiene sólo de fuentes animales: hígado,
riñones, carne, pescado, huevos y leche. A los vegetarianos se les aconseja tomar suplementos de esta
vitamina.

El ácido fólico o folacina es una coenzima necesaria para la formación de proteínas estructurales y
hemoglobina; su insuficiencia en los seres humanos es muy rara. El ácido fólico es efectivo en el
tratamiento de ciertas anemias y la psilosis. Se encuentra en vísceras de animales, verduras de hoja verde,
legumbres, frutos secos, granos enteros y levadura de cerveza. El ácido fólico se pierde en los alimentos
conservados a temperatura ambiente y durante la cocción. A diferencia de otras vitaminas hidrosolubles,
el ácido fólico se almacena en el hígado y no es necesario ingerirlo diariamente.

El ácido pantoténico, otra vitamina B, desempeña un papel aún no definido en el metabolismo de
proteínas, hidratos de carbono y grasas. Abunda en muchos alimentos y también es fabricado por
bacterias intestinales.

La biotina, vitamina del grupo B que también es sintetizada por bacterias intestinales y se encuentra muy
extendida en los alimentos, participa en la formación de ácidos grasos y en la liberación de energía
procedente de los hidratos de carbono. Se ignora su insuficiencia en seres humanos.
La vitamina C es importante en la formación y conservación del colágeno, la proteína que sostiene
muchas estructuras corporales y que representa un papel muy importante en la formación de huesos y
dientes. También favorece la absorción de hierro procedente de los alimentos de origen vegetal. El
escorbuto es la clásica manifestación de insuficiencia grave de ácido ascórbico. Sus síntomas se deben a la
pérdida de la acción cimentadora del colágeno, y entre ellos están las hemorragias, caída de dientes y
cambios celulares en los huesos de los niños. La afirmación de que las dosis masivas de ácido ascórbico
previenen resfriados y gripe no se ha obtenido de experiencias meticulosamente controladas. Sin
embargo, en otros experimentos se ha demostrado que el ácido ascórbico previene la formación de
nitrosaminas, unos compuestos que han producido tumores en animales de laboratorio y quizá los
produzcan en seres humanos. Aunque el ácido ascórbico no utilizado se elimina rápidamente por la orina,
las dosis largas y prolongadas pueden derivar en la formación de cálculos en la vejiga y el riñón,
interferencia en los efectos de los anticoagulantes, destrucción de la vitamina B12 y pérdida de calcio en
los huesos. Las vitamina C se encuentra en cítricos, fresas frescas, pomelo (toronja), piña y guayaba.
Buenas fuentes vegetales son brécol, coles de Bruselas, tomates, espinacas, col, pimientos verdes, repollo
y nabos.

La vitamina D es necesaria para la formación normal de los huesos y para la retención de calcio y fósforo
en el cuerpo. También protege los dientes y huesos contra los efectos del bajo consumo de calcio,
haciendo un uso más efectivo del calcio y el fósforo. Llamada también “vitamina solar”, la vitamina D se
obtiene de la yema de huevo, el hígado, el atún y la leche enriquecida con vitamina D. También se fabrica
en el cuerpo cuando los esteroles, que se encuentran en muchos alimentos, se desplazan a la piel y
reciben la radiación solar. La insuficiencia de vitamina D, o raquitismo, se da rara vez en los climas
tropicales, donde hay abundancia de rayos solares, pero hubo un tiempo en que era común entre los
niños de las ciudades poco soleadas antes de empezar a utilizar leche enriquecida con esta vitamina. El
raquitismo se caracteriza por deformidad de la caja torácica y el cráneo y por piernas arqueadas, todo ello
producido por la mala absorción de calcio y fósforo en el cuerpo. Debido a que la vitamina D es soluble en
grasa y se almacena en el cuerpo, su consumo excesivo puede causar intoxicación vitamínica, daños al
riñón, letargia y pérdida de apetito.

El papel de la vitamina E en el cuerpo humano aún no se ha establecido claramente, pero se sabe que es
un nutriente esencial en más de veinte especies de vertebrados. Esta vitamina participa en la formación
de glóbulos rojos, músculos y otros tejidos y en la prevención de la oxidación de la vitamina A y las grasas.
Se encuentra en aceites vegetales, germen de trigo, hígado y verduras de hoja verde. Aunque la
vitamina E se aconseja popularmente para gran variedad de enfermedades, no hay pruebas sustanciales
que respalden estas afirmaciones. Si bien se almacena en el cuerpo, parece que las sobredosis de
vitamina E tienen menos efectos tóxicos que las de otras vitaminas liposolubles.

La vitamina K es necesaria principalmente para la coagulación de la sangre. Ayuda a la formación de la
protrombina, enzima necesaria para la producción de fibrina en la coagulación. Las fuentes más ricas en
vitamina K son la alfalfa y el hígado de pescado, que se emplean para hacer preparados con
concentraciones de esta vitamina. Las fuentes dietéticas incluyen todas las verduras de hoja verde, la
yema de huevo, el aceite de soja (soya) y el hígado. Para un adulto sano, una dieta normal y la síntesis
bacteriana en el intestino suele ser suficiente para abastecer el cuerpo de vitamina K y protrombina. Las
alteraciones digestivas pueden provocar una mala absorción de vitamina K y, por tanto, deficiencias en la
coagulación de la sangre.
Las Hormonas
   Las hormonas son sustancias segregadas por células especializadas, localizadas en glándulas de
secreción interna o glándulas endocrinas (carentes de conductos), o también por células epiteliales e
intersticiales con el fin de afectar la función de otras células. Hay hormonas animales y hormonas
vegetales como las auxinas, ácido abscísico, citoquinina, giberelina y el etileno. Son transportadas por vía
sanguínea o por el espacio intersticial, solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas proteínas (que
extienden su vida media al protegerlas de la degradación) y hacen su efecto en determinados órganos o
tejidos diana (o blanco) a distancia de donde se sintetizaron, sobre la misma célula que la sintetiza (acción
autócrina) o sobre células contiguas (acción parácrina) interviniendo en la comunicación celular. Existen
hormonas naturales y hormonas sintéticas. Unas y otras se emplean como medicamentos en ciertos
trastornos, por lo general, aunque no únicamente, cuando es necesario compensar su falta o aumentar
sus niveles si son menores de lo normal. Las hormonas pertenecen al grupo de los mensajeros químicos,
que incluye también a los neurotransmisores. A veces es difícil clasificar a un mensajero químico como
hormona o neurotransmisor. Todos los organismos multicelulares producen hormonas, incluyendo las
plantas (fitohormona). Las hormonas más estudiadas en animales (y humanos) son las producidas por las
glándulas endocrinas, pero también son producidas por casi todos los órganos humanos y animales. La
especialidad médica que se encarga del estudio de las enfermedades relacionadas con las hormonas es la
endocrinología.
Historia

El concepto de secreción interna apareció en el siglo XIX, cuando Claude Bernard lo describió en 1855,
pero no especificó la posibilidad de que existieran mensajeros que transmitieran señales desde un órgano
a otro. El término hormona fue acuñado en 1905, aunque ya antes se habían descubierto dos funciones
hormonales. La primera fundamentalmente del hígado, descubierta por Claude Bernard en 1851. La
segunda fue la función de la médula suprarrenal, descubierta por Vulpian en 1856. La primera hormona
que se descubrió fue la adrenalina, descrita por el japonés Takamine en 1901. Posteriormente el
estadounidense Kendall aisló la tiroxina en 1914 .

Fisiología

Cada célula es capaz de producir una gran cantidad de moléculas reguladoras.las glándulas endócrinas y
sus productos hormonales están especializados en la regulación general del organismo así como también
en la autorregulación de un órgano o tejido. El método que utiliza el organismo para regular la
concentración de hormonas es balance entre la retroalimentación positiva y negativa, fundamentado en
la regulación de su producción, metabolismo y excreción.

Las hormonas pueden ser estimuladas o inhibidas por:

    •   Otras hormonas.
    •   Concentración plasmática de iones o nutrientes.
    •   Neuronas y actividad mental.
    •   Cambios ambientales, por ejemplo luz, temperatura, presión atmosférica.

Un grupo especial de hormonas son las hormonas tróficas que actúan estimulando la producción de
nuevas hormonas por parte de las glándulas endócrinas. Por ejemplo, la TSH producida por la hipófisis
estimula la liberación de hormonas tiroideas además de estimular el crecimiento de dicha glándula.
Recientemente se han descubierto las hormonas del hambre: ghrelina, orexina y péptido Y y sus
antagonistas como la leptina.

Tipos de hormonas

Según su naturaleza química, se reconocen dos grandes tipos de hormonas:

    •    Hormonas peptídicas. Son derivados de aminoácidos (como las hormonas tiroideas), o bien
         oligopéptidos (como la vasopresina) o polipéptidos (como la hormona del crecimiento). En
         general, este tipo de hormonas no pueden atravesar la membrana plasmática de la célula diana,
         por lo cual los receptores para estas hormonas se hallan en la superficie celular. Las hormonas
         tiroideas son una excepción, ya que se unen a receptores específicos que se hallan en el núcleo.

    •    Hormonas lipídicas. Son esteroides (como la testosterona) o eicosanoides (como las
         prostaglandinas). Dado su carácter lipófilo, atraviesan sin problemas la bicapa lipídica de las
         membranas celulares y sus receptores específicos se hallan en el interior de la célula diana.

Mecanismos de acción hormonal

Las hormonas tienen la característica de actuar sobre las células diana, que deben disponer de una serie
de receptores específicos. Hay dos tipos de receptores celulares:

Receptores de membrana: los usan las hormonas peptídicas. Las hormonas peptídicas (1er mensajero) se
fija a un receptor proteico que hay en la membrana de la célula, y estimula la actividad de otra proteína
(unidad catalítica), que hace pasar el ATP (intracelular) a AMP (2º mensajero), que junto con el calcio
intracelular, activa la enzima proteína quinasa (responsable de producir la fosforilación de las proteínas
de la célula, que produce una acción biológica determinada). Esta es la teoría o hipótesis de 2º mensajero
o de Sutherland.

Receptores intracelulares: los usan las hormonas esteroideas. La hormona atraviesa la membrana de la
célula diana por difusión. Una vez dentro del citoplasma, penetra incluso en el núcleo, donde se fija el
DNA y hace que se sintetice ARNm, que induce a la síntesis de nuevas proteínas, que se traducirán en una
respuesta fisiológica.

Principales hormonas humanas

Hormonas peptídicas

Son péptidos o derivados de aminoácidos; dado que la mayoría no atraviesan la membrana plasmática de
las células diana, éstas disponen de receptores específicos para tales hormonas en su superficie.

                                                     Mecanismo
                      Abrevia-                                 Tejido
                                                     de
Nombre                           Origen                                            Efecto
                      tura                                        diana
                                                     acción
Hipocampo,
                                                         [tallo
                                                                             Antioxidante e induce
Melatonina                 Glándula pineal               encefalico], [],
                                                                             el sueño.
                                                         retina,        []s,
                                                         intestino, etc.
                           Sistema nervioso
                                                                            Controla el humor, el
Serotonina          5-HT   central,      tracto "5-HT"   Tallo Encefalico
                                                                            apetito y el sueño.
                           gastrointestinal
                                                                          La menos activa de las
                                                                          hormonas tiroideas;
                                                                          aumento               del
                                                                          metabolismo basal y
Tetrayodotironina   T4     Tiroides            Directo
                                                                          de la sensibilidad a las
                                                                          catecolaminas, afecta
                                                                          la      síntesis      de
                                                                          proteínas.
                                                                          La más potente de las
                                                                          hormonas tiroideas:
                                                                          aumento               del
                                                                          metabolismo basal y
Triyodotironina     T3     Tiroides            Directo
                                                                          de la sensibilidad a las
                                                                          catecolaminas, afecta
                                                                          la      síntesis      de
                                                                          proteínas.
                                                                          Respuesta de lucha o
                                                                          huida: aumento del
                                                                          ritmo cardíaco y del
                                                                          volumen        sistólico,
                                                                          vasodilatación,
                                                                          aumento               del
                                                                          catabolismo           del
                                                         Corazón, vasos glucógeno         en     el
                                                         sanguíneos,      hígado, de la lipólisis
Adrenalina                                               hígado, tejido en los adipocitos;
                    EPI    Médula adrenal
(o epinefrina)                                           adiposo,    ojo, todo ello incrementa
                                                         aparato          el    suministro      de
                                                         digestivo        oxígeno y glucosa al
                                                                          cerebro y músculo;
                                                                          dilatación     de     las
                                                                          pupilas; supresión de
                                                                          procesos no vitales
                                                                          (como la digestión y
                                                                          del              sistema
                                                                          inmunitario).
Noradrenalina       NRE    Médula adrenal                                 Respuesta de lucha o
(o norepinefrina)                                                         huida:      como       la
adrenalina.
                                                                              Aumento del ritmo
                                                                              cardíaco y de la
                             Riñón, hipotálamo
                                                                              presión          arterial
                    DPM, PIH (neuronas      del
Dopamina                                                                      inhibe la liberación de
                    o DA     núcleo
                                                                              prolactina y hormona
                             infundibular)
                                                                              liberadora            de
                                                                              tirotropina.
                                                                              Inhibe el desarrollo de
Hormona                      Testículos (células            Testículo (tubos
                    AMH                                                       los tubos de Müller en
antimulleriana               de Sértoli)                    de Müller)
                                                                              el embrión masculino.
                                                                              Aumenta                la
                                                            Hígado,           sensibilidad     a     la
                                                            músculo           insulina por lo que
Adiponectina        Acrp30   Tejido adiposo
                                                            esquelético,      regula el metabolismo
                                                            tejido adiposo de la glucosa y los
                                                                              ácidos grasos.
                                                                              Estimula               la
                                                                              producción            de
Hormona
                     ACTH    Hipófisis anterior    AMPc     Corteza adrenal corticosteroides
adrenocorticotrópica
                                                                              (glucocorticoides       y
                                                                              andrógenos).
                                                            Vasos             Vasoconstricción,
Angiotensinógeno y
                   AGT       Hígado                IP3      sanguíneos,       liberación            de
angiotensina
                                                            corteza adrenal aldosterona.
                                                                              Retención de agua en
                                                                              el                riñón,
                             Hipotálamo      (se
                                                            Riñón,      vasos vasoconstricción
Hormona                      acumula en la
                                                            sanguíneos,       moderada; liberación
antidiurética       ADH      hipófisis posterior variable
                                                            hipófisis         de             Hormona
(o vasopresina)              para su posterior
                                                            anterior          adrenocorticotrópica
                             liberación)
                                                                              de      la      hipófisis
                                                                              anterior.
                                                                              Regula el balance de
Péptido natriurético         Corazón     (células
                                                                              agua y electrolitos,
auricular            ANP     musculares de la GMPc          Riñón
                                                                              reduce la presión
(o atriopeptina)             aurícula derecha)
                                                                              sanguínea.
                                                                              Construcción         del
                                                                              hueso, reducción del
                                                                              nivel       de      Ca2+
                                                                              sanguíneo,
                                                            Intestino, riñón,
Calcitonina         CT       Tiroides              AMPc                       incrementa             el
                                                            hueso
                                                                              almacenamiento de
                                                                              Ca2+ en los huesos y su
                                                                              reabsorción en el
                                                                              riñón.
Producción           de
                                                                            enzimas      digestivas
                                                            Páncreas,
Colecistoquinina      CCK    Duodeno                                        (páncreas) y de bilis
                                                            vesícula biliar
                                                                            (vesícula       biliar);
                                                                            supresión del apetito.
                                                                            Estimula la secreción
Hormona liberadora                                          Hipófisis
                   CRH       Hipotálamo              AMPc                   de            hormona
de corticotropina                                           anterior
                                                                            adrenocorticotrópica.
                                                            Células madre Estimula                la
Eritropoyetina        EPO    Riñón                          de la médula producción              de
                                                            ósea            eritrocitos.
                                                                            Mujer: estimula la
                                                                            maduración          del
                                                                            folículo de Graaf del
                                                                            ovario.
Hormona
                                                                                Hombre: estimula la
estimuladora       del FSH   Hipófisis anterior      AMPc   Ovario, testículo
                                                                                espermatogénesis y la
folículo
                                                                                producción         de
                                                                                proteínas del semen
                                                                                por las células de
                                                                                Sértolis    de    los
                                                                                testículos.
                             Estómago (células              Estómago
                                                                                Secreción   de    ácido
Gastrina              GRP    parietales),                   (células
                                                                                gástrico.
                             duodeno                        parietales)
                                                                                Estimula el apetito y la
                                                            Hipófisis
Ghrelina                     Estómago                                           secreción de hormona
                                                            anterior
                                                                                del crecimiento.
                                                                                Glucogenólisis         y
                                                                                gluconeogénesis, lo
                             Páncreas     (células
Glucagón              GCG                            AMPc   Hígado              que incrementa el
                             alfa)
                                                                                nivel de glucosa en
                                                                                sangre.
                                                                                Estimula la liberación
                                                                                de            Hormona
Hormona liberadora                                          Hipófisis
                   GnRH      Hipotálamo              IP3                        estimuladora        del
de gonadotropina                                            anterior
                                                                                folículo y de hormona
                                                                                luteinizante.
                                                                                Estimula la liberación
                                                            Hipófisis
Somatocrinina         GHRH   Hipotálamo              IP3                        de     hormona      del
                                                            anterior
                                                                                crecimiento.
Gonadotropina         hCG    Placenta (células AMPc                             Mantenimiento       del
coriónica humana             del                                                cuerpo lúteo en el
                             sincitiotrofoblasto)                               comienzo            del
                                                                                embarazo; inhibe la
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Módulo 4. química grado 11. marco garcia(02 10-11)

  • 1. COLEGIO SALESIANO DE LEÓN XIII MÓDULO 4 2012 QUÍMICA ORGÁNICA “Si tu intención es describir la verdad, hazlo con sencillez y la elegancia déjasela al sastre” Einstein ¿Por qué razón cuando estudiamos el fundamento de la bioquímica, comprendemos mejor la naturaleza? AUTOR: PROFESOR: MARCO GARCÍA SÁENZ GRADO ONCE
  • 2. DOCUMENTO DEL ISO9001: 7.1, 7.3, 7.5, 8.3 SISTEMA DE GERENCIA DE LA CALIDAD Versión 1.01/23052011 Código: MOD-GACN-044 MÓDULO DE CIENCIAS NATURALES/QUIMICA IV PERÍODO GRADO 11o ELABORÓ REVISÓ APROBÓ NOMBRE Lic. Marco García Sáenz Lic. José Jaime Hurtado M Lic. Humberto Ramos CARGO Docente del Área Jefe de Área (Bachillerato) Coordinador Académico Bto. FECHA 23/05/2011 23/05/2011 23/05/2011 FIRMA PRESENTACIÓN Después de haber estudiado los aspectos básicos de la química orgánica, será más seguro el camino para entender lo que ocurre en las reacciones químicas de la “vida” es decir, la Bioquímica, por ello cuando ahondemos en los procesos químicos celulares, la comprensión será más auténtica y nuestro entendimiento se hará más transparente en la profundización de ese microsistema que sabemos existe pero no vemos, es así como vislumbraremos los procesos que hemos seguido en el exitoso camino del estudio de la química orgánica. Todo tiene su conexión, por ello el primer paso se basó en estudiar los átomos, sus enlaces, propiedades, etc; posteriormente nos encausamos por el estudio de las moléculas inorgánicas y su comportamiento, a continuación dimos el paso a la química del carbono y ya estamos en la antesala de la bioquímica, mundo fascinante que nos lleva a divagar un poco por el mundo constituido por la obra máxima del Creador, quien todo lo diseñó de tal manera que funcionara equilibradamente mediante mensajeros, reguladores, activadores, transmisores, etc, todos bajo aquel sistema que hoy llamamos “homeostasis” . Cuanto más nos acercamos al conocimiento del mecanismo de la vida, más nos acercamos a Dios y su hermosa obra que nos muestra el complejo mecanismo de las reacciones bioquímicas que en ultimas conllevan a la continuación de la vida como la conocemos hoy y como fue diseñada por El con amor. SITUACIÓN PROBLÉMICA La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número de substancias de alto peso molecular o macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la reproducción celular. Al conjunto de reacciones que suceden dentro de los seres vivos se le llama metabolismo. Actualmente se conoce en detalle la estructura tridimensional de las macromoléculas de mayor importancia biológica, los ácidos nucleicos y las proteínas, lo que ha permitido entender a nivel molecular sus funciones biológicas. Gracias al conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos, se esclarecieron los mecanismos de transmisión de la información genética de generación a generación, y también los mecanismos de expresión de esa información, la cual determina las propiedades y funciones de las células, los tejidos, los órganos y los organismos completos. Conocer a detalle la estructura de varias proteínas ha sido muy útil
  • 3. en la elucidación de los mecanismos de las reacciones enzimáticas. Prácticamente todas las reacciones que integran el metabolismo son reacciones enzimáticas. El tipo de especie química y los mecanismos de acción que intervienen en el almacenamiento, replicación y transferencia de la información genética, así como las reacciones que forman el metabolismo son prácticamente idénticas, desde las bacterias hasta los organismos superiores. No todas las células contienen y expresan la misma información, pero las reacciones que sí llevan a cabo, utilizan enzimas prácticamente idénticas. De hecho las diferencias y similitudes entre ellas se han utilizado para establecer la secuencia de aparición de las especies. Los virus tienen algunas variantes, por ejemplo; los cromosomas de los retrovirus están constituidos por moléculas de ARN y en algunos fagos (virus que atacan a las bacterias) tienen ADN de una sola cadena. Los virus no cuentan con un metabolismo que les permita vivir en forma autónoma, sólo se pueden reproducir y expresarse dentro de las células que invaden. Las reacciones que constituyen el metabolismo están localizadas en determinadas estructuras celulares que forman unidades discretas que se llaman organelos. Las reacciones se llevan a cabo en los lugares en donde se encuentran las enzimas que las catalizan. La célula no es un saco sin estructura, sino que es un sistema muy complejo y altamente organizado. PREGUNTA PROBLEMATIZADORA ¿Por qué razón cuando estudiamos el fundamento de la bioquímica, comprendemos mejor la naturaleza? INDICE DE MÓDULOS PREGUNTAS PROBLEMATIZADORAS Y TEMAS A DESARROLLAR DURANTE EL AÑO 2.011 MÓDULO No. 1 MÓDULO No. 2 MÓDULO No. 3 MÓDULO No. 4 ¿Por qué razón es ¿Cómo es la ¿Qué conexiones ¿Por qué razón importante repasar los estructura y cuáles tienen las funciones cuando temas que resultan ser las propiedades del de la química estudiamos el relevantes para el átomo de carbono orgánica con el fundamento de examen del icfes y la que lo hacen mundo globalizado? la bioquímica, vida? fundamental para la comprendemos vida del hombre y el mejor la mundo en general? naturaleza? Gases y Naturaleza, Procesos Bioquímica – Soluciones. estructura y químicos procesos Equilibrio y pH. comportamiento propiedades metabólicos. Generalidades del Carbono fisicoquímicas de Cinética y sus derivados de los
  • 4. Química compuestos orgánicos PROPÓSITOS COMPETENCIA: CIENTÍFICO BÁSICA COMUNICATIVA AXIOLÓGICA Y SOCIALIZADORA LOGRO: Trabajar problemas científicos y cotidianos relacionados con la bioquímica, utilizando el vocabulario técnico, la comunicación oral y escrita y la responsabilidad en función de los seres de la naturaleza INDICADORES Conceptual: Establece las relaciones que existen entre los procesos biológicos y los procesos químicos en los seres vivos. Procedimental: Desarrolla modelos teórico-experimentales para explicar los diferentes procesos metabólicos, que ocurren en los seres vivos. Actitudinal: Mantiene interés por el desarrollo de las actividades y participa responsablemente. Socializador: Demuestra hábitos alimenticios, de higiene y ecológicos para cuidarse a sí mismo y su entorno. CRITERIOS DE EVALUACIÓN • Maneja adecuadamente los conceptos aprendidos y los relaciona con experiencias vividas, adoptando una posición crítica y de aplicación para transformar y mejorar su vida y su entorno. • Identifica y plantea alternativas de solución a diferentes tipos de problemas.
  • 5. Asume con responsabilidad y dedicación sus compromisos académicos y de convivencia. • Participa activamente en el desempeño y desarrollo de las actividades del área. ¿CÓMO DESARROLLAR EL TRABAJO CON CALIDAD? Para desarrollar todas y cada una de las actividades que plantea el módulo de trabajo, es necesario que tenga presente, las orientaciones y sugerencias que le pueda ofrecer su educador. LAS 5 S DE LA CALIDAD EN NUESTRO COLEGIO UTILIZACIÓN Utilizar los recursos disponibles, con buen Optimizar los recursos sentido y equilibrio evitando el disponibles al máximo. desperdicio. Eliminar todo lo que no sirve. Reducir costos ORDEN Organización- clasificación-distribución de Planear el trabajo para ser espacios consecuente con la autodisciplina ASEO LIMPIEZA Espacios armónicos-limpios- cada cosa en Seleccionar lo que su lugar y un lugar para cada cosa verdaderamente se necesita para el desarrollo de las actividades SALUD Y Armonía – Ambientes agradables Ser preventivo con el cuidado BIENESTAR Vida sana –Proteger el cuerpo Mente sana de nuestro ser- en cuerpo sano AUTODISCIPLINA Responsabilidad-compromiso- constancia- Organización y disciplina revisión- cumplimiento riguroso de las Mejoramiento constante normas-Actitud de respeto- Aumenta el Logro de la excelencia. crecimiento personal CONTENIDO MODULAR • DIAGNÓSTICO • ACTIVIDADES DE EXPLORACIÓN • PROFUNDIZACIÓN • ACTIVIDADES DE APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO A LA VIDA Y AL MEDIO • EVALUACIÓN • AUTOEVALUACIÓN • GLOSARIO • BIBLIOGRAFÍA
  • 6. DIAGNÓSTICO ¿CUÁLES SON LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS QUE FORMAN PARTE DE LOS SERES VIVOS? ¿CÓMO AL ESTUDIAR SU MECÁNICA BIOQUÍMICA NOS PERMITE COMPRENDER MEJOR LA NATURALEZA? ¿CUÁLES PREGUNTAS SURGEN A PARTIR DE LA AFIRMACIÓN ANTERIOR? ¿QUÉ ES METABOLISMO?
  • 7. ¿QUÉ ES UN CATALIZADOR BIOLÓGICO? ¿CÓMO SE RELACIONA LA BIOQUÍMICA CON EL METABOLISMO? ¿CUÁL BIOMOLÉCULA CONOCES?
  • 8. ¿EN QUÉ SE RELACIONA LA BIOQUÍMICA CON LA QUÍMICA ORGÁNICA? RESULTADOS DE LA PRUEBA DIAGNÓSTICA  Las fortalezas que tengo son: debo profundizar en los siguientes temas:
  • 9. Para mejorar voy a desarrollar las siguientes actividades: ACTIVIDADES DE EXPLORACIÓN • Muchas sustancias son publicitadas para mejorar nuestra salud, dentro de ellas están las vitaminas. ¿de qué están hechas? Justifica tu respuesta. • En ocasiones sabes de la existencia de sustancias artificiales que se le adicionan a los comestibles para darles un valor nutricional más importante. ¿Sabes de donde proceden o cómo se obtienen, o de qué están hechas?
  • 10. Sabemos que existen sustancias que se utilizan como energizantes. ¿Sabemos que son? • Uno de los grandes problemas nutricionales a nivel mundial es el uso indiscriminado de harinas. . ¿Sabes que son? ¿Cómo se obtienen? ¿Cuál es su composición química? • Muchas veces encontramos en almacenes de cadena productos con contenidos bajos en grasa como las margarinas, los “empaquetados”, etc. ¿Sabemos su origen y composición química? • Existen muchos suplementos multivitamínicos. Averigua su composición química y la relación con la química orgánica.
  • 13. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN BIMESTRAL No. ACTIVIDADES PEDAGÓGICAS BIMESTRALES /50 FECHA NOTA 1 Pruebas escritas. 10.0 2 Sustentaciones orales. 0.5 3 Modelos prácticos y aplicativos. 0.5 4 Informes de trabajos prácticos y experimentales. 5.0 5 Consultas. 2.0 6 Tareas 3.0 7 Proceso modular. 5.0 8 Plan lector. 4.0 9 Autoevaluación 3.0 10 Comportamiento en clase. 5.0 11 Proyecto ECOBOSCO 5.0 12 Actividades institucionales. 3.0 13 Trabajo de equipo. 2.0 14 Actividades del cronograma bimestral. 2.0 LA BIOQUÍMICA
  • 14. La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número de substancias dando por resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la reproducción celular. Al conjunto de reacciones que suceden dentro de los seres vivos se le llama metabolismo. El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células del cuerpo. El metabolismo transforma la energía que contienen los alimentos que ingerimos en el combustible que necesitamos para todo lo que hacemos, desde movernos hasta pensar o crecer. Las Proteínas específicas del cuerpo controlan las reacciones químicas del metabolismo, y todas esas reacciones químicas están coordinadas con otras funciones corporales. De hecho, en nuestros cuerpos tienen lugar miles de reacciones metabólicas simultáneamente, todas ellas reguladas por el organismo, que hacen posible que nuestras células estén sanas y funcionen correctamente. El metabolismo es un proceso constante que empieza en el momento de la concepción y termina cuando morimos. Es un proceso vital para todas las formas de vida -no solo para los seres humanos. Si se detiene el metabolismo en un ser vivo, a este le sobreviene la muerte. He aquí un ejemplo de cómo funciona el proceso del metabolismo en los seres humanos -y empieza con las plantas. En primer lugar, las plantas verdes obtienen energía a partir de la luz solar. Las plantas utilizan esa energía y una molécula denominada clorofila (que les proporciona su color verde característico) para fabricar azúcares mediante el agua y el dióxido de carbono. Este proceso se denomina fotosíntesis. Las principales generalidades sobre las Biomoléculas se describen a continuación: CARBOHIDRATOS O GLÚCIDOS Estructura Química Los carbohidratos o hidratos de carbono están formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) con la formula general (CH2O) n. Los carbohidratos incluyen azúcares, almidones, celulosa, y muchos otros compuestos que se encuentran en los organismos vivientes. Los carbohidratos básicos o azúcares simples se denominan monosacáridos. Azúcares simples pueden combinarse para formar carbohidratos más complejos. Los carbohidratos con dos azúcares simples se llaman disacáridos. Carbohidratos que consisten de dos a diez azúcares simples se llaman oligosacáridos, y los que tienen un número mayor se llaman polisacáridos.
  • 15. AzúcaresLos azúcares son hidratos de carbono generalmente blancos y cristalinos, solubles en agua y con un sabor dulce. Los monosacáridos son azúcares simples Clasificación de monosacáridos basado en el número de carbonos No. de Carbonos Categoría Ejemplos 4 Tetrosas Eritrosa, Treosa 5 Pentosas Arabinosa, Ribosa, Ribulosa, Xilosa, Xilulosa, Lixosa Alosa, Altrosa, Fructosa, Galactosa, Glucosa, Gulosa, Idosa, 6 Hexosas Manosa, Sorbosa, Talosa, Tagatosa 7 Heptosas Sedoheptulosa Las estructuras de los sacáridos se distinguen principalmente por la orientación de los grupos hidroxilos (- OH). Esta pequeña diferencia estructural tiene un gran efecto en las propiedades bioquímicas, las características organolepticas (ej., sabor), y en las propiedades físicas como el punto de fusión y la rotación específica de la luz polarizada. Un monosacárido de forma lineal que tiene un grupo carbonilo (C=O) en el carbono final formando un aldehído (-CHO) se clasifica como una aldosa. Cuando el grupo carbonilo está en un átomo interior formando una cetona, el monosacárido se clasifica como una cetosa. La forma anular de la ribosa es un componente del ácido ribonucleico (ARN). La desoxirribosa, que se distingue de la ribosa por no tener un oxígeno en la posición 2, es un componente del ácido desoxirribonucleico (ADN). En los ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo en el carbono numero 1 se reemplaza con bases nucleótidas. Ribosa Desoxirribosa Hexosas Hexosas, como las que están ilustradas aquí, tienen la fórmula molecular C6H12O6. El químico alemán Emil Fischer (1852-1919) identificó los estereoisómeros de estas aldohexosas en 1894. Por este trabajo recibió un Premio Nobel en 1902.
  • 16. D-Alosa D-Altrosa D-Glucosa D-Manosa Estructuras que tienen configuraciones opuestas solamente en un grupo hidroxilo, como la glucosa y la manosa, se llaman epímeros. La glucosa, también llamada dextrosa, es el azúcar más predominante en las plantas y los animales, y es el azúcar presente en la sangre. La forma lineal de la glucosa es un aldehído polihídrico. En otras palabras, es una cadena de carbonos con varios grupos hidroxilos y un grupo aldehído. La fructosa, también llamada levulosa, está ilustrada aquí en forma lineal y anular. La relación entre estas formas se discute más tarde. La fructosa y la glucosa son los principales hidratos de carbono en la miel. D-Tagatosa D-Fructosa Fructosa Galactosa Manosa (una cetosa) Heptosas La sedoheptulosa tiene la misma estructura que la fructosa, pero con un carbono adicional.
  • 17. D-Sedoheptulosa Formas lineales y anulares Los monosacáridos pueden existir en formas lineales y formas anulares, como se ha ilustrado anteriormente. La forma anular es más favorecida en soluciones acuosas, y el mecanismo de la formación de las formas cíclicas es semejante en todos los azúcares simples. La forma anular de la glucosa se crea cuando el oxígeno del carbono numero 5 se enlaza con el carbono que forma el grupo carbonilo (el carbono numero 1) y transfiere su hidrógeno al oxígeno del carbonilo para crear un grupo hidroxilo. Estos intercambios producen alfa-glucosa cuando el grupo hidroxilo resulta en el lado opuesto al grupo -CH2OH, o beta-glucosa cuando el grupo hidroxilo resulta en el mismo lado que el grupo -CH2OH. Isómeros como estos, que se diferencian solamente en la configuración del carbono del grupo carbonilo, se llaman anómeros. La letra D en el nombre se derivó originalmente de la propiedad de las soluciones de glucosa natural que desvían el plano de la luz polarizada a la derecha (dextrorotatoria), aunque ahora la letra denota una configuración específica. Monosacáridos que tienen formas cíclicas pentagonales, como la ribosa, se llaman furanosas. Azúcares con formas cíclicas hexagonales, como la glucosa, se llaman piranosas. D-Glucosa α-D-Glucosa β-D-Glucosa Ciclación de la glucosa (una aldosa) Estereoquímica Sacáridos con grupos funcionales idénticos pero con configuraciones espaciales diferentes tienen propiedades químicas y biológicas distintas. La estereoquímica es el estudio de la organización de los átomos en un espacio tridimensional. Se les llama estereoisómeros a los compuestos con enlaces químicos idénticos que se distinguen por tener los átomos en una configuración espacial diferente. Compuestos especulares no superponibles, comparables a un zapato derecho y uno izquierdo, se llaman enantiómeros. Las estructuras siguientes ilustran la diferencia entre la β-D-Glucosa y la β-L-Glucosa. Moléculas idénticas pueden hacerse corresponder rotándolas, pero los enantiómeros, que corresponden a imágenes reflejadas en un espejo, no pueden ser superpuestas. La glucosa es ilustrada frecuentemente en "forma de silla" que es la conformación predominante en disolución acuosa. La conformación de "bote" de la glucosa es inestable.
  • 18. β-D-Glucosa β-D-Glucosa β-L-Glucosa (forma de silla) β-D-Glucosa β-D-Glucosa β-L-Glucosa (forma de bote) Azúcar-alcoholes, Aminoazúcares, y Ácidos urónicos Los azúcares pueden ser modificados en el laboratorio o por procesos naturales para producir compuestos que retienen la configuración de los sacáridos, pero con grupos funcionales diferentes. Los azúcar-alcoholes, también llamados polioles, alcoholes polihídricos, o polialcoholes, corresponden a las formas hidrogenadas de las aldosas y cetosas. Por ejemplo, glucitol (sorbitol), tiene la misma forma lineal que la glucosa, pero el grupo aldehído (-CHO) se reemplaza con -CH2OH. Otros azúcar-alcoholes comunes incluyen los monosacáridos eritritol y xilitol, y los disacáridos lactitol y maltitol. Los azúcar-alcoholes tienen aproximadamente la mitad de las calorías que otros carbohidratos y se usan frecuentemente en productos "sin azúcar" o de bajas calorías. Xilitol, que tiene los grupos hidroxilos con la orientación de la xilosa, es un ingrediente común en dulces y chicles "sin azúcar" porque tiene aproximadamente la dulzura de la sucrosa y solamente el 40% de las calorías. Aunque este azúcar-alcohol parece ser inofensivo para los humanos, una dosis pequeña de xilitol puede causar insuficiencia hepática y muerte en los perros. Los aminoazúcares o amino-sacáridos reemplazan un grupo hidroxilo con un grupo amino (-NH2). La glucosamina es un aminoazúcar que se usa para regenerar el cartílago y para reducir el dolor y la progresión de la artritis. Los ácidos urónicos tienen un grupo carboxilo (-COOH) en el carbono que no es parte del anillo. Los nombres de los ácidos urónicos retienen la raíz de los monosacáridos, pero el sufijo -osa cambia a -urónico. Por ejemplo, el ácido galacturónico tiene la misma configuración que la galactosa, y la configuración del ácido glucurónico corresponde a la glucosa.
  • 19. Ácido glucurónico Glucitol o Sorbitol Glucosamina (un ácido (un azúcar alcohol) (un aminoazúcar) urónico) Los disacáridos son carbohidratos formados por dos azúcares simples. Descripción y componentes de los disacáridos Disacárido Descripción Componentes sucrosa azúcar común glucosa 1α→2 fructosa maltosa producto de la hidrólisis del almidón glucosa 1α→4 glucosa trehalosa se encuentra en los hongos glucosa 1α→1 glucosa lactosa el azúcar principal de la leche galactosa 1β→4 glucosa melibiosa se encuentra en plantas leguminosas galactosa 1α→6 glucosa Sucrosa Lactosa Maltosa La sucrosa (o sacarosa), es el azúcar común refinado de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. La sucrosa es el carbohidrato principal del azúcar moreno, del azúcar tamizado, y de la melaza. La lactosa está formada por una molécula de glucosa y otra de galactosa. La intolerancia de lactosa es causada por una deficiencia de enzimas (lactasas) que desdoblan la molécula de lactosa en dos monosacáridos. La inhabilidad de digerir la lactosa resulta en la fermentación de este glúcido por bacterias intestinales que producen ácido láctico y gases que causan flatulencia, meteorismo, cólico abdominal, y diarrea. El yogur
  • 20. no causa estos problemas porque los microorganismos que transforman la leche en yogur consumen la lactosa. La Maltosa consiste de dos moléculas de α-D-glucosa con el enlace alfa del carbono 1 de una molécula conectado al oxígeno en el carbono 4 de la segunda molécula. Esta unión se llama un enlace glicosídico 1α→4 (también se llama "enlace glucosídico" en muchos textos en español). La trehalosa consiste de dos moléculas de α-D-glucosa conectadas con un enlace 1α→1. La celobiosa es un disacárido formado por dos moléculas de β-D-glucosa conectadas por un enlace 1β→4 como la celulosa. La celobiosa no tiene sabor, mientras que la maltosa y la trehalosa son aproximadamente una tercera parte tan dulces como la sucrosa. Trisacáridos La rafinosa (o melitosa) es un trisacárido que se encuentra en muchas plantas leguminosas y crucíferas como los frijoles (judías), guisantes, col, y brócoli. La rafinosa está formada por una molécula de galactosa conectada a una de sucrosa por un enlace glicosídico 1α→6. Este sacárido es indigestible por los seres humanos y se fermenta en el intestino grueso por bacterias que producen gas. Tabletas que contienen la enzima alfa-galactosidasa, como el suplemento farmacéutico Beano, se usan frecuentemente para ayudar a la digestión y para evitar el meteorismo y flatulencias. La enzima se deriva de variedades comestibles del hongo Aspergillus niger. Los polisacáridos son polímeros de azúcares simples Muchos polisacáridos, a diferencia de los azúcares, son insolubles en agua. La fibra dietética consiste de polisacáridos y oligosacáridos que resisten la digestión y la absorción en el intestino delgado, pero son completamente o parcialmente fermentados por microorganismos en el intestino grueso. Los polisacáridos que se describen a continuación son muy importantes en la nutrición, la biología, o la preparación de alimentos. Almidón El almidón es la forma principal de reservas de carbohidratos en los vegetales. El almidón es una mezcla de dos sustancias: amilosa, un polisacárido esencialmente lineal, y amilopectina, un polisacárido con una estructura muy ramificada. Las dos formas de almidón son polímeros de α-D-Glucosa. Los almidones naturales contienen 10-20% de amilosa y 80-90% de amilopectina. La amilosa forma una dispersión coloidal en agua caliente que ayuda a espesar caldos o salsas, mientras que la amilopectina es completamente insoluble. • Las moléculas de amilosa consisten típicamente de 200 a 20,000 unidades de glucosa que se despliegan en forma de hélix como consecuencia de los ángulos en los enlaces entre las moléculas de glucosa.
  • 21. Amilosa • La amilopectina se distingue de la amilosa por ser muy ramificada. Cadenas laterales cortas conteniendo aproximadamente 30 unidades de glucosa se unen con enlaces 1α→6 cada veinte o treinta unidades de glucosa a lo largo de las cadenas principales. Las moléculas de amilopectina pueden contener hasta dos millones de unidades de glucosa. Los almidones se transforman en muchos productos comerciales por medio de hidrólisis usando ácidos o enzimas como catalizadores. La hidrólisis es una reacción química que desdobla cadenas largas de polisacáridos por la acción del agua para producir cadenas más pequeñas o carbohidratos simples. Los productos resultantes son asignados un valor de equivalencia en dextrosa (DE) que está relacionado al nivel de hidrólisis realizado. Un DE con valor de 100 corresponde al almidón completamente hidrolizado, que es la glucosa (dextrosa) pura. Las dextrinas son un grupo de carbohidratos producidos por la hidrolisis del almidón. Las dextrinas son polímeros de cadena corta que consisten de moléculas de D-glucosa unidas por enlaces glicosídicos 1α→4 o 1α→6. La maltodextrina es un almidón parcialmente hidrolizado que no es dulce y que tiene un valor DE menor de 20. Los jarabes, como el jarabe de maíz o miel de maíz, provienen del almidón de maíz y tienen valores DE de 20 a 91. La dextrosa comercial tiene valores DE de 92 a 99. Sólidos de jarabe de maíz son productos semicristalinos o polvos amorfos de poca dulzura con DE de 20 a 36 que se producen secando el jarabe de maíz al vacío o por atomización en cámara secadora. El jarabe de maíz de alta fructosa (JMAF), que se usa comúnmente en la producción de refrescos, se produce tratando el jarabe de maíz con enzimas que convierten una porción de la glucosa a fructosa. El jarabe de maíz de alta fructosa contiene aproximadamente 42% a 55% de fructosa y el resto consiste principalmente de glucosa. El almidón modificado es un almidón alterado por procesos mecánicos o químicos para estabilizar geles de almidón hechas con agua caliente. Sin modificación, geles de almidón y agua pierden su viscosidad o adquieren una textura plástica después de varias horas. Los jarabes de glucosa hidrogenados se producen hidrolizando almidón, y después hidrogenando el jarabe resultante para producir azúcar-alcoholes como el maltitol, el sorbitol, y otros oligo- y polisacáridos hidrogenados. La polidextrosa (poli-D-glucosa) es un polímero muy ramificado con muchos tipos de enlaces glicosídicos. Se produce calentando dextrosa con un catalizador ácido y purificando el resultante polímero soluble en agua. La polidextrosa se usa como voluminizador en productos alimenticios porque no tiene sabor y es semejante a la fibra en su resistencia a la digestión. El almidón resistente es almidón comestible que no se degrada en el estómago, pero se fermenta por la microflora en el intestino grueso. Dulzura relativa de varios carbohidratos fructosa 173
  • 22. azúcar invertido* 120 JMAF (42% fructosa) 120 sucrosa 100 xilitol 100 tagatosa 92 glucosa 74 jarabe de maíz (DE alto) 70 sorbitol 55 mannitol 50 trehalosa 45 jarabe de maíz ordinario 40 galactosa 32 maltosa 32 lactosa 15 * El azúcar invertido es una mezcla de glucosa y fructosa que se encuentra en las frutas. Glucógeno (Glicógeno) La glucosa se almacena como glucógeno en los tejidos del cuerpo por el proceso de glucogénesis. Cuando la glucosa no se puede almacenar como glucógeno o convertirse inmediatamente a energía, es convertida a grasa. El glucógeno es un polímero de α-D-Glucosa idéntico a la amilopectina, pero las ramificaciones son mas cortas (aproximadamente 13 unidades de glucosa) y más frecuentes. Las cadenas de glucosa están organizadas globularmente como las ramas de un árbol originando de un par de moléculas de glucogenina, una proteína con un peso molecular de 38,000 que sirve como cebador en el centro de la estructura. El glucógeno se convierte fácilmente en glucosa para proveer energía. Glucógeno Dextranos Los dextranos son polisacáridos semejantes a la amilopectina, pero las cadenas principales están formadas por enlaces glicosídicos 1α→6 y las cadenas laterales tienen enlaces 1α→3 o 1α→4. Las bacterias bucales producen dextranos que se adhieren a los dientes formando placa dental. Los dextranos
  • 23. tienen usos comerciales en la producción de dulces, lacas, aditivos comestibles, y voluminizadores del plasma sanguíneo. Inulina Algunas plantas almacenan los hidratos de carbono no solamente como almidón sino también como inulina. Las inulinas se encuentran en muchos vegetales y frutas incluso las cebollas, ajo común, plátanos, papa de Jerusalén, y jícama. Las inulinas, también llamadas fructanos, son polímeros formados por cadenas de fructosa con una glucosa terminal. La oligofructosa tiene la misma estructura que la inulina, pero las cadenas tienen diez o menos unidades de fructosa. La oligofructosa tiene aproximadamente el 30 o el 50 por ciento de la dulzura del azúcar común. La inulina es menos soluble que la oligofructosa y tiene una textura cremosa que se siente como grasa en la boca. La inulina y la oligofructosa son indigestibles por las enzimas en los intestinos humanos, pero son totalmente fermentadas por los microorganismos intestinales. Los ácidos grasos de cadena corta y el lactato producido por la fermentación contribuyen 1.5 kcal por gramo de inulina u oligofructosa. La inulina y la oligofructosa se usan para reemplazar la grasa y el azúcar en alimentos como los helados, productos lácteos, dulces, y repostería. Celulosa La celulosa es un polímero con cadenas largas sin ramificaciones de β-D-Glucosa y se distingue del almidón por tener grupos -CH2OH alternando por arriba y por debajo del plano de la molécula. La ausencia de cadenas laterales permite a las moléculas de celulosa acercarse unas a otras para formar estructuras rígidas. La celulosa es el material estructural más común en las plantas. La madera consiste principalmente de celulosa, y el algodón es casi celulosa pura. La celulosa puede ser desdoblada (hidrolizada) en sus glucosas constituyentes por microorganismos que residen en el sistema digestivo de las termitas y los rumiantes. La celulosa se puede modificar en el laboratorio tratándola con ácido nítrico (HNO3) para reemplazar todos los grupos hidroxilos con nitratos (-ONO2) y producir el nitrato de celulosa (nitrocelulosa o algodón explosivo) que es un componente de la pólvora sin humo. La celulosa parcialmente nitrada, piroxilina, se usa en la producción del colodión, plásticos, lacas, y esmaltes de uñas. Hemicelulosa Las hemicelulosas son polisacáridos que, excluyendo la celulosa, constituyen las paredes celulares de las plantas y se pueden extraer con soluciones alcalinas diluidas. Las hemicelulosas forman aproximadamente una tercera parte de los carbohidratos en las partes maderosas de las plantas. La estructura química de las hemicelulosas consiste de cadenas largas con una gran variedad de pentosas, hexosas, y sus correspondientes ácidos úronicos. Las hemicelulosas se encuentran en frutas, tallos de plantas, y las cáscaras de granos. Aunque las hemicelulosas no son digeribles, pueden ser fermentadas por levaduras y bacterias. Los polisacáridos que producen pentosas al desdoblarse se llaman pentosanos. La xilana es un pentosano que consiste de unidades de D-xilosa conectadas por enlaces 1β→4. Arabinoxilano
  • 24. Los arabinoxilanos son polisacáridos que se encuentran en el salvado (la cubierta exterior de granos) como el trigo, el centeno, y la cebada. Los arabinoxilanos tienen un esqueleto químico de xilana con unidades de L-arabinofuranosa (L-arabinosa en su estructura pentagonal) distribuidas al azar con enlaces 1α→2 y 1α→3 a lo largo de la cadena de xilosas. La xilosa y la arabinosa son ambas pentosas, po r eso los arabinoxilanos también se clasifican como pentosanos. Los arabinoxilanos son de importancia en la panadería. Las unidades de arabinosa producen compuestos viscosos con el agua que afectan la consistencia de la masa, la retención de burbujas de la fermentación en las películas de gluten y almidón, y la textura final de los productos horneados. Quitina La quitina es un polímero no ramificado de N-acetil-D-glucosamina. Se encuentra en las paredes celulares de los hongos y en los exoesqueletos de los artrópodos y otros animales inferiores, ej., insectos, arácnidos, y crustáceos. La quitina se puede considerar un derivado de la celulosa en el cual los grupos hidroxilos del segundo carbono de cada glucosa han sido reemplazados por grupos acetamido (- NH(C=O)CH3). Beta-Glucano Los beta-glucanos consisten de polisacáridos no ramificados de β-D-Glucosa como la celulosa, pero con un enlace 1β→3 por cada tres o cuatro enlaces 1β→4. Los beta-glucanos forman moléculas largas y cilíndricas que pueden contener hasta 250,000 unidades de glucosa. Los beta glucanos se encuentran en las paredes de las células del endospermo de granos como la cebada y la avena, y ayudan a reducir las enfermedades del corazón bajando el nivel de colesterol y reduciendo la reacción glicémica de los carbohidratos. Se usan comercialmente para sustituir grasas y para modificar la textura de los productos alimenticios. Glicosaminoglicano Los glicosaminoglicanos se encuentran en los fluidos lubricantes de las articulaciones del cuerpo y son componentes del cartílago, líquido sinovial, humor vítreo, huesos, y las válvulas del corazón. Los glicosaminoglicanos son polisacáridos largos sin ramificaciones formados por disacáridos que contienen uno de dos tipos de amino-azúcares: N-acetilgalactosamina o N-acetilglucosamina, y un ácido urónico como el glucurónico (glucosa con el átomo numero seis formando un grupo carboxilo). Los glicosaminoglicanos tienen una carga eléctrica negativa y también se llaman mucopolisacáridos por ser muy viscosos. Los más importantes glicosaminoglicanos en la fisiología son el ácido hialurónico, el dermatán sulfato, el sulfato de condroitina, la heparina, el heparán sulfato, y el keratan sulfato. El sulfato de condroitina consiste de β-D-glucuronato enlazado al tercer carbono de N-ácetilgalactosamina-4-sulfato como en la ilustración siguiente. La heparina es una mezcla compleja de polisacáridos lineales con
  • 25. diversas cantidades de sulfatos en los sacáridos constituyentes. La heparina se usa en la medicina como un anticoagulante. Agar y Carragenanos El agar, o agar-agar, se extrae de algas y se usa como espesante en muchos productos alimenticios por sus propiedades gelificantes. El agar es un polímero de la agarobiosa, un disacárido compuesto de D-galactosa y 3,6-anhidro-L-galactosa. Los geles de agar refinado se usan para hacer culturas de bacterias o tejidos celulares, y para electroforesis de ácidos desoxirribonucleicos (ADN). Los carragenanos son varios polisacáridos que también se derivan de las algas. Los carragenanos se diferencian del agar porque sustituyen algunos grupos hidroxilos con grupos sulfatos (-OSO3-). Los carragenanos también se usan para espesar y gelificar productos alimenticios. Ácido algínico, Alginatos El alginato se extrae de algas marinas, como el kelp gigante (Macrocystis pyrifera). Los constituyentes químicos del alginato consisten de secuencias distribuidas al azar de ácidos β-D-manurónico y α-L- gulurónico con enlaces 1→4. Aunque los alginatos son insolubles en el agua, pueden absorber una gran cantidad de agua y se usan como agentes gelificantes y espesadores. Los alginatos se usan en la fabricación de textiles, papel, y cosméticos. El alginato de sodio se usa en la industria alimentaria para aumentar la viscosidad y como emulsificante. Los alginatos se encuentran en productos comestibles como helados y también en alimentos dietéticos donde sirven para la supresión de apetito. En odontología, los alginatos se usan para hacer impresiones dentales. Galactomanano Los galactomananos son polisacáridos que consisten de una cadena de manosa con grupos laterales de galactosa. Las unidades de manopiranosa están unidas por enlaces 1β→4, y las unidades laterales de galactopiranosa se unen a la cadena central con enlaces 1α→6. Los galactomananos se encuentran en varias gomas vegetales que se usan para aumentar la viscosidad de productos alimenticios. Estas son las proporciones aproximadas de manosa a galactosa en varias gomas: • Goma de Alholva (Fenogreco), manosa:galactosa 1:1 • Goma Guar, manosa:galactosa 2:1 • Goma de Tara, manosa:galactosa 3:1 • Goma de Algarrobo o Goma Garrofín, manosa:galactosa 4:1
  • 26. Guar (Cyamopsis tetragonolobus) es una planta leguminosa que se ha cultivado tradicionalmente como forraje para ganado vacuno. La goma guar se deriva del endospermo molido de las semillas. Aproximadamente el 85% de la goma guar es guaran, un polisacárido soluble en agua formado por cadenas lineales de manosa con enlaces 1β→4 a las cuales están conectadas unidades de galactosa con enlaces 1α→6. La proporción de manosa a galactosa es 2:1. La goma guar tiene cinco u ocho veces más capacidad espesante que el almidón y por eso tiene muchos usos en la industria farmacéutica, y también como estabilizador de productos alimenticios y fuente de fibra dietética. Pectina Las pectinas son polisacáridos que sirven como cemento en las paredes celulares de todos los tejidos de las plantas. La parte blanca de las cáscaras de limón o naranja contienen aproximadamente 30% de pectina. La pectina es un éster metilado del ácido poligalacturónico, y consiste de cadenas de 300 a 1000 unidades de ácido galacturónico conectadas por enlaces 1α→4. El grado de esterificación (GE) afecta las propiedades gelificantes de la pectina. La estructura ilustrada aquí tiene tres metil ésteres (-COOCH3) por cada dos grupos carboxilos (-COOH). Esto corresponde a un 60% de esterificación o una pectina GE-60. La pectina es un ingrediente importante para conservas de frutas, jaleas, y mermeladas. Goma Xantana La goma xantana es un polisacárido con un esqueleto de β-D-glucosa como la celulosa, pero cada segunda unidad de glucosa está conectada a un trisacárido de manosa, ácido glucurónico, y manosa. La manosa más cercana a la cadena principal tiene un éster de ácido acético en el carbono 6, y la manosa final del trisacárido tiene un enlace entre los carbonos 6 y 4 al segundo carbono de un ácido pirúvico. La goma xantana es producida por la bacteria Xanthomonas campestris que se encuentra en vegetales crucíferos como la col y coliflor. Las cargas negativas en los grupos carboxilos de las cadenas laterales causan que las moléculas formen fluidos muy espesos al ser mezclados con agua. La goma xantana se usa como espesante para salsas, para prevenir la formación de cristales de hielo en los helados, y como sustitutos de grasa con pocas calorías. La goma xantana frecuentemente se mezcla con la goma guar porque la viscosidad de la combinación es mayor a la de las gomas usadas solas. Glucomanano El glucomanano es una fibra dietética que se obtiene de los tubérculos de Amorphophallus konjac cultivada en Asia. La harina de los tubérculos de konjac se usa para hacer tallarines o fideos muy bajos en calorías, ej., los fideos japoneses shirataki. El glucomanano se usa en las dietas para reducir el hambre porque produce una sensación de plenitud y crea soluciones muy viscosas que retardan la absorción de
  • 27. los nutrientes de los alimentos. Un gramo de este polisacárido soluble puede absorber hasta 200 ml de agua, por esto el glucomanano también se usa para artículos absorbentes como pañales desechables y toallas sanitarias femeninas. El polisacárido consiste de glucosa (G) y manosa (M) en una proporción 5:8 con enlaces 1β→4. La unidad polimérica tiene el patrón molecular: GGMMGMMMMMGGM. Cadenas cortas laterales de 11 a 16 monosacáridos ocurren a intervalos de 50 a 60 unidades de la cadena principal unidas por enlaces 1β→3. Grupos de acetato en el carbono 6 se encuentran en cada 9 a 19 unidades de la cadena principal. La hidrólisis de los grupos acetatos favorecen la formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares que son responsables por la acción gelificante. GRASAS Y ACEITES Grasas y aceites o Triglicéridos, son grupo de compuestos orgánicos existentes en la naturaleza que consisten en ésteres formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula del alcohol glicerina. Son sustancias aceitosas, grasientas o cerosas, que en estado puro son normalmente incoloras, inodoras e insípidas. Las grasas y aceites son más ligeros que el agua e insolubles en ella; son poco solubles en alcohol y se disuelven fácilmente en éter y otros disolventes orgánicos. Las grasas son blandas y untuosas a temperaturas ordinarias, mientras que los aceites fijos (para distinguirlos de los aceites esenciales y el petróleo) son líquidos. Algunas ceras, que son sólidos duros a temperaturas ordinarias, son químicamente similares a las grasas. Las grasas existen normalmente en los tejidos animales y vegetales como una mezcla de grasas puras y ácidos grasos libres. Las más comunes entre esas grasas son: la palmitina, que es el éster del ácido palmítico, la estearina o éster del ácido esteárico, y la oleína, éster del ácido oleico. Estos compuestos químicos puros existen en distintas proporciones en las grasas y aceites naturales, y determinan las características físicas de cada una de esas sustancias. Las grasas se dividen en saturadas e insaturadas, dependiendo de si los enlaces químicos entre los átomos de carbono de las moléculas contienen todos los átomos de hidrógeno que pueden tener (saturadas) o tienen capacidad para más átomos (insaturadas), debido a la presencia de enlaces dobles o triples. Generalmente, las grasas saturadas son sólidas a temperatura ambiente; las insaturadas y poliinsaturadas son líquidas. Las grasas insaturadas se pueden convertir en grasas saturadas añadiendo átomos de hidrógeno. Las grasas vegetales se obtienen normalmente extrayéndolas a presión de las semillas y frutos. Por lo general, las grasas animales se obtienen hirviendo el tejido graso animal en agua y dejándolo enfriar. El calor disuelve la grasa del tejido; ésta, debido a su densidad relativa, sube a la superficie del agua y así se puede desprender la capa de grasa. Las grasas y aceites se consumen principalmente en alimentación. Algunas grasas naturales, como la grasa de la leche y la manteca de cerdo, se usan como alimento con muy poca preparación. Algunos aceites no saturados, como el aceite de semilla de algodón y el de maní, se hidrogenan parcialmente para aumentar su punto de fusión y poder utilizarlos como grasas en pastelería y para cocinar. El sebo, que está formado por las grasas y aceites animales de las ovejas y el ganado vacuno, se usa para hacer velas y en algunas margarinas. Los aceites naturales que contienen ésteres de ácidos insaturados, se conocen como aceites secantes y poseen la propiedad de formar una película seca permanente cuando se les expone al aire. El aceite de linaza y otros aceites de este tipo se utilizan extensamente en la producción de pinturas. Las grasas sirven también como material en bruto para fabricar jabón. Las células vivas contienen grasas simples, como las descritas anteriormente, y otros materiales similares a las grasas. Entre estos últimos, que son sustancias más complejas, se encuentran los lípidos y los esteroles. Los fosfolípidos son derivados de ácidos grasos, glicerina, ácido fosfórico y bases que contienen nitrógeno. Los glicolípidos no contienen fósforo, pero son derivados de hidratos de carbono, ácidos grasos y compuestos de nitrógeno. Los
  • 28. esteroles están compuestos por moléculas complejas, cada una con 20 o más átomos de carbono en una estructura en cadena o entrelazada. Las grasas parecen ser una fuente de energía concentrada y eficaz para las células. La oxidación de un gramo de grasa típica libera 39.000 julios de energía, mientras que la oxidación de un gramo de proteína o de hidrato de carbono produce sólo 17.000 julios. Las grasas también tienden a endurecer las células porque forman una mezcla semisólida con el agua. La investigación sobre los ataques cardiacos y otros problemas circulatorios indica que ciertas formas de estas enfermedades son causadas en parte por el consumo excesivo de comidas ricas en grasas, incluyendo lípidos y esteroles. Los estudios demuestran también que la probabilidad de ataques cardiacos disminuye al reducir el consumo de grasas saturadas. Cuando se añaden a la dieta grasas sólidas saturadas, aumenta la cantidad de colesterol en la sangre, pero si las grasas sólidas se sustituyen por grasas o aceites insaturados líquidos (en concreto el tipo poliinsaturado), la cantidad de colesterol disminuye. Los niveles altos de colesterol en la sangre parecen promover el sedimento de materiales duros y grasientos en las arterias, produciendo su eventual obstrucción. Cuando la arteria coronaria alrededor del corazón se obstruye de esta forma, el suministro de sangre al corazón se interrumpe, y se produce un ataque al corazón. Los científicos investigan continuamente la forma en que el cuerpo humano maneja los materiales grasos, y cómo afectan los niveles de colesterol al hecho de que la grasa se deposite en las paredes de las arterias. PROTEÍNA Compuestos orgánicos constituidos por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos que intervienen en diversas funciones vitales esenciales, como el metabolismo, la contracción muscular o la respuesta inmunológica. Se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son los componentes principales de las células y que suponen más del 50% del peso seco de los animales. El término proteína deriva del griego proteios, que significa primero. Las moléculas proteicas van desde las largas fibras insolubles que forman el tejido conectivo y el pelo, hasta los glóbulos compactos solubles, capaces de atravesar la membrana celular y desencadenar reacciones metabólicas. Tienen un peso molecular elevado y son específicas de cada especie y de cada uno de sus órganos. Se estima que el ser humano tiene unas 30.000 proteínas distintas, de las que sólo un 2% se ha descrito con detalle. Las proteínas sirven sobre todo para construir y mantener las células, aunque su descomposición química también proporciona energía, con un rendimiento de 4 kilocalorías por gramo, similar al de los hidratos de carbono. Además de intervenir en el crecimiento y el mantenimiento celulares, son responsables de la contracción muscular. Las enzimas son proteínas, al igual que la insulina y casi todas las demás hormonas, los anticuerpos del sistema inmunológico y la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre. Los cromosomas, que transmiten los caracteres hereditarios en forma de genes, están compuestos por ácidos nucleicos y proteínas. Las proteínas, desde las humanas hasta las que forman las bacterias unicelulares, son el resultado de las distintas combinaciones entre veinte aminoácidos distintos, compuestos a su vez por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, a veces, azufre. En la molécula proteica, estos aminoácidos se unen en largas hileras (cadenas polipeptídicas) mantenidas por enlaces peptídicos, que son enlaces entre grupos amino (NH 2) y carboxilo (COOH). El número casi infinito de combinaciones en que se unen los aminoácidos y las formas
  • 29. helicoidales y globulares en que se arrollan las hileras o cadenas polipeptídicas, permiten explicar la gran diversidad de funciones que estos compuestos desempeñan en los seres vivos. Para sintetizar sus proteínas esenciales, cada especie necesita disponer de los veinte aminoácidos en ciertas proporciones. Mientras que las plantas pueden fabricar sus aminoácidos a partir de nitrógeno, dióxido de carbono y otros compuestos por medio de la fotosíntesis, casi todos los demás organismos sólo pueden sintetizar algunos. Los restantes, llamados aminoácidos esenciales, deben ingerirse con la comida. El ser humano necesita incluir en su dieta ocho aminoácidos esenciales para mantenerse sano: leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Todos ellos se encuentran en las proteínas de las semillas vegetales, pero como las plantas suelen ser pobres en lisina y triptófano, los especialistas en nutrición humana aconsejan complementar la dieta vegetal con proteínas animales presentes en la carne, los huevos y la leche, que contienen todos los aminoácidos esenciales. En general, en los países desarrollados se consumen proteínas animales en exceso, por lo que no existen carencias de estos nutrientes esenciales en la dieta. El kwashiorkor, que afecta a los niños del África tropical, es una enfermedad por malnutrición, principalmente infantil, generada por una insuficiencia proteica grave. La ingesta de proteínas recomendada para los adultos es de 0,8 g por Kg. de peso corporal al día; para los niños y lactantes que se encuentran en fase de crecimiento rápido, este valor debe multiplicarse por dos y por tres, respectivamente. El nivel más básico de estructura proteica, llamado estructura primaria, es la secuencia lineal de aminoácidos que está determinada, a su vez, por el orden de los nucleótidos en el ADN o en el ARN. Las diferentes secuencias de aminoácidos a lo largo de la cadena afectan de distintas formas a la estructura de la molécula de proteína. Fuerzas como los enlaces de hidrógeno, los puentes disulfuro, la atracción entre cargas positivas y negativas, y los enlaces hidrófobos (repelentes del agua) e hidrófilos (afines al agua) hacen que la molécula se arrolle o pliegue y adopte una estructura secundaria; un ejemplo es la llamada hélice a. Cuando las fuerzas provocan que la molécula se vuelva todavía más compacta, como ocurre en las proteínas globulares, se constituye una estructura terciaria donde la secuencia de aminoácidos adquiere una conformación tridimensional. Se dice que la molécula tiene estructura cuaternaria cuando está formada por más de una cadena polipeptídica, como ocurre en la hemoglobina y en algunas enzimas. Determinados factores mecánicos (agitación), físicos (aumento de temperatura) o químicos (presencia en el medio de alcohol, acetona, urea, detergentes o valores extremos de pH) provocan la desnaturalización de la proteína, es decir, la pérdida de su estructura tridimensional; las proteínas se despliegan y pierden su actividad biológica. Las cadenas de polipéptidos se organizan en secuencia y se arrollan de forma que los aminoácidos hidrófobos suelen mirar hacia el interior, para dar estabilidad a la molécula, y los hidrófilos hacia el exterior, para poder interaccionar con otros compuestos y, en particular, con otras proteínas. Las enzimas son proteínas; en algunos casos necesitan para llevar a cabo su función un componente no proteico llamado cofactor, éste puede ser inorgánico (ion metálico) o una molécula orgánica; en este caso el cofactor se denomina coenzima. En otras ocasiones unas proteínas se unen a otras para formar un conjunto de proteínas necesario en la química o en la estructura celulares. A continuación se describen las principales proteínas fibrosas: colágeno, queratina, fibrinógeno y proteínas musculares.
  • 30. El colágeno, que forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos, es la proteína más abundante en los vertebrados. La molécula contiene por lo general tres cadenas polipeptídicas muy largas, cada una formada por unos 1.000 aminoácidos, trenzadas en una triple hélice siguiendo una secuencia regular que confiere a los tendones y a la piel su elevada resistencia a la tensión. Cuando las largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se convierten en gelatina. • La queratina, que constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las escamas, pezuñas, cuernos y plumas en los animales, se retuerce o arrolla en una estructura helicoidal regular llamada hélice a. La queratina protege el cuerpo del medio externo y es por ello insoluble en agua. Sus numerosos enlaces disulfuro le confieren una gran estabilidad y le permiten resistir la acción de las enzimas proteolíticas (que hidrolizan a las proteínas) • El fibrinógeno es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que es el elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos. • La miosina, que es la principal proteína responsable de la contracción muscular, se combina con la actina, y ambas actúan en la acción contráctil del músculo esquelético y en distintos tipos de movimiento celular. PROTEÍNAS GLOBULARES A diferencia de las fibrosas, las proteínas globulares son esféricas y muy solubles. Desempeñan una función dinámica en el metabolismo corporal. Son ejemplos la albúmina, la globulina, la caseína, la hemoglobina, todas las enzimas y las hormonas proteicas. Albúminas y globulinas son proteínas solubles abundantes en las células animales, el suero sanguíneo, la leche y los huevos. La hemoglobina es una proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe el color rojo intenso de los eritrocitos. Se han descubierto más de cien hemoglobinas humanas distintas, entre ellas la hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes. Todas las enzimas son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas sustratos, para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Estas moléculas, principales responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales se acopla el sustrato igual que una mano a un guante para iniciar y controlar el metabolismo en todo el cuerpo. HORMONAS PROTEICAS Estas proteínas, segregadas por las glándulas endocrinas, no actúan como las enzimas, sino que estimulan a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes, como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y de leche. La insulina, segregada por los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroxina, segregada por el tiroides, regula el metabolismo global; y la
  • 31. calcitonina, también producida en el tiroides, reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la mineralización ósea. ANTICUERPOS Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas distintas que se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre. MICROTÚBULOS Las proteínas globulares pueden también agruparse en diminutos túbulos huecos que actúan como entramado estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula a otra. Cada uno de estos microtúbulos está formado por dos tipos de moléculas proteicas casi esféricas que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y aumentan su longitud en función de las necesidades. Los microtúbulos constituyen también la estructura interna de los cilios y flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos microorganismos para moverse. VITAMINAS Grupo de 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 13 vitaminas identificadas se clasifican de acuerdo a su capacidad de disolución en grasa (vitaminas liposolubles) o en agua (vitaminas hidrosolubles). 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, como veremos después). El cuerpo sólo puede producir vitamina D; todas las demás deben ingerirse a través de la dieta. La carencia da origen a una amplia gama de disfunciones metabólicas y de otro tipo. Una dieta bien equilibrada contiene todas las vitaminas necesarias, y la mayor parte de las personas que siguen una dieta así pueden corregir cualquier deficiencia anterior de vitaminas. Sin embargo, las personas que siguen dietas especiales, que sufren de trastornos intestinales que impiden la absorción normal de los nutrientes, o que están embarazadas o dando de mamar a sus hijos, pueden necesitar suplementos especiales de vitaminas para sostener su metabolismo. Aparte de estas necesidades reales, también existe la creencia popular de que los suplementos vitamínicos ofrecen remedio para muchas enfermedades, desde resfriados hasta el cáncer;
  • 32. pero en realidad el cuerpo elimina rápidamente casi todos estos preparados sin absorberlos. Además, las vitaminas liposolubles pueden bloquear el efecto de otras vitaminas e incluso causar intoxicación grave si se toman en exceso. La vitamina A es un alcohol primario de color amarillo pálido que deriva del caroteno. Afecta a la formación y mantenimiento de la piel, membranas mucosas, huesos y dientes, a la vista y a la reproducción. Uno de los primeros síntomas de insuficiencia es la ceguera nocturna (dificultad en adaptarse a la oscuridad). Otros síntomas son excesiva sequedad en la piel; falta de secreción de la membrana mucosa, lo que produce susceptibilidad a la invasión bacteriana, y sequedad en los ojos debido al mal funcionamiento del lagrimal, importante causa de ceguera en los niños de países poco desarrollados. El cuerpo obtiene la vitamina A de dos formas. Una es fabricándola a partir del caroteno, un precursor vitamínico encontrado en vegetales como zanahoria, brécol, calabaza, espinacas, col y batata. La otra es absorbiéndola ya lista de organismos que se alimentan de vegetales. La vitamina A se encuentra en la leche, la mantequilla, el queso, la yema de huevo, el hígado y el aceite de hígado de pescado. El exceso de vitamina A puede interferir en el crecimiento, detener la menstruación, perjudicar los glóbulos rojos de la sangre y producir erupciones cutáneas, jaquecas, náuseas e ictericia. Complejo B Son sustancias frágiles, solubles en agua, varias de las cuales son sobre todo importantes para metabolizar los hidratos de carbono o glúcidos. La tiamina o vitamina B1, una sustancia cristalina e incolora, actúa como catalizador en el metabolismo de los hidratos de carbono, permitiendo metabolizar el ácido pirúvico y haciendo que los hidratos de carbono liberen su energía. La tiamina también participa en la síntesis de sustancias que regulan el sistema nervioso. La insuficiencia de tiamina produce beriberi, que se caracteriza por debilidad muscular, inflamación del corazón y calambres en las piernas y, en casos graves, incluso ataque al corazón y muerte. Muchos alimentos contienen tiamina, pero pocos la aportan en cantidades importantes. Los alimentos más ricos en tiamina son el cerdo, las vísceras (hígado, corazón y riñones), la levadura de cerveza, las carnes magras, los huevos, los vegetales de hoja verde, los cereales enteros o enriquecidos, el germen de trigo, las bayas, los frutos secos y las legumbres. Al moler los cereales se les quita la parte del grano más rica en tiamina, de ahí la probabilidad de que la harina blanca y el arroz blanco refinado carezcan de esta vitamina. La práctica, bastante extendida, de enriquecer la harina y los cereales ha eliminado en parte el riesgo de una insuficiencia de tiamina, aunque aún se presenta en alcohólicos que sufren deficiencias en la nutrición. La riboflavina o vitamina B2, al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas. La insuficiencia de riboflavina puede complicarse si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Sus síntomas, no tan definidos como los de la insuficiencia de tiamina, son lesiones en la piel, en particular cerca de los labios y la nariz, y sensibilidad a la luz. Las mejores fuentes de riboflavina son el hígado, la leche, la carne, las verduras de color verde oscuro, los cereales enteros y enriquecidos, la pasta, el pan y las setas. La nicotinamida o vitamina B3, vitamina del complejo B cuya estructura responde a la amida del ácido nicotínico o niacina, funciona como coenzima para liberar la energía de los nutrientes. También se conoce
  • 33. como vitamina PP. La insuficiencia de niacina o ácido nicotínico produce pelagra, cuyo primer síntoma es una erupción parecida a una quemadura solar allá donde la piel queda expuesta a la luz del sol. Otros síntomas son lengua roja e hinchada, diarrea, confusión mental, irritabilidad y, cuando se ve afectado el sistema nervioso central, depresión y trastornos mentales. Las mejores fuentes de niacina son: hígado, aves, carne, salmón y atún enlatados, cereales enteros o enriquecidos, guisantes (chícharos), granos secos y frutos secos. El cuerpo también fabrica niacina a partir del aminoácido triptófano. Se han utilizado experimentalmente sobredosis de niacina en el tratamiento de la esquizofrenia, aunque ninguna prueba ha demostrado su eficacia. En grandes cantidades reduce los niveles de colesterol en la sangre, y ha sido muy utilizada en la prevención y tratamiento de la arteriosclerosis. Las grandes dosis en periodos prolongados pueden ser perjudiciales para el hígado. La piridoxina o vitamina B6 es necesaria para la absorción y el metabolismo de aminoácidos. También actúa en la utilización de grasas del cuerpo y en la formación de glóbulos rojos o eritrocitos. La insuficiencia de piridoxina se caracteriza por alteraciones en la piel, grietas en la comisura de los labios, lengua depapilada, convulsiones, mareos, náuseas, anemia y cálculos renales. Las mejores fuentes de piridoxina son: granos enteros (no enriquecidos), cereales, pan, hígado, aguacate, espinacas, judías verdes (ejotes) y plátano. La cantidad de piridoxina necesaria es proporcional a la cantidad de proteína consumida. La cobalamina o vitamina B12, también conocida como cianocobalamina, es una de las vitaminas aisladas recientemente. Es necesaria en cantidades ínfimas para la formación de nucleoproteínas, proteínas y glóbulos rojos, y para el funcionamiento del sistema nervioso. La insuficiencia de cobalamina se debe con frecuencia a la incapacidad del estómago para producir una glicoproteína (factor intrínseco) que ayuda a absorber esta vitamina. El resultado es una anemia perniciosa, con los característicos síntomas de mala producción de glóbulos rojos, síntesis defectuosa de la mielina (vaina nerviosa) y pérdida del epitelio (cubierta membranosa) del tracto intestinal. La cobalamina se obtiene sólo de fuentes animales: hígado, riñones, carne, pescado, huevos y leche. A los vegetarianos se les aconseja tomar suplementos de esta vitamina. El ácido fólico o folacina es una coenzima necesaria para la formación de proteínas estructurales y hemoglobina; su insuficiencia en los seres humanos es muy rara. El ácido fólico es efectivo en el tratamiento de ciertas anemias y la psilosis. Se encuentra en vísceras de animales, verduras de hoja verde, legumbres, frutos secos, granos enteros y levadura de cerveza. El ácido fólico se pierde en los alimentos conservados a temperatura ambiente y durante la cocción. A diferencia de otras vitaminas hidrosolubles, el ácido fólico se almacena en el hígado y no es necesario ingerirlo diariamente. El ácido pantoténico, otra vitamina B, desempeña un papel aún no definido en el metabolismo de proteínas, hidratos de carbono y grasas. Abunda en muchos alimentos y también es fabricado por bacterias intestinales. La biotina, vitamina del grupo B que también es sintetizada por bacterias intestinales y se encuentra muy extendida en los alimentos, participa en la formación de ácidos grasos y en la liberación de energía procedente de los hidratos de carbono. Se ignora su insuficiencia en seres humanos.
  • 34. La vitamina C es importante en la formación y conservación del colágeno, la proteína que sostiene muchas estructuras corporales y que representa un papel muy importante en la formación de huesos y dientes. También favorece la absorción de hierro procedente de los alimentos de origen vegetal. El escorbuto es la clásica manifestación de insuficiencia grave de ácido ascórbico. Sus síntomas se deben a la pérdida de la acción cimentadora del colágeno, y entre ellos están las hemorragias, caída de dientes y cambios celulares en los huesos de los niños. La afirmación de que las dosis masivas de ácido ascórbico previenen resfriados y gripe no se ha obtenido de experiencias meticulosamente controladas. Sin embargo, en otros experimentos se ha demostrado que el ácido ascórbico previene la formación de nitrosaminas, unos compuestos que han producido tumores en animales de laboratorio y quizá los produzcan en seres humanos. Aunque el ácido ascórbico no utilizado se elimina rápidamente por la orina, las dosis largas y prolongadas pueden derivar en la formación de cálculos en la vejiga y el riñón, interferencia en los efectos de los anticoagulantes, destrucción de la vitamina B12 y pérdida de calcio en los huesos. Las vitamina C se encuentra en cítricos, fresas frescas, pomelo (toronja), piña y guayaba. Buenas fuentes vegetales son brécol, coles de Bruselas, tomates, espinacas, col, pimientos verdes, repollo y nabos. La vitamina D es necesaria para la formación normal de los huesos y para la retención de calcio y fósforo en el cuerpo. También protege los dientes y huesos contra los efectos del bajo consumo de calcio, haciendo un uso más efectivo del calcio y el fósforo. Llamada también “vitamina solar”, la vitamina D se obtiene de la yema de huevo, el hígado, el atún y la leche enriquecida con vitamina D. También se fabrica en el cuerpo cuando los esteroles, que se encuentran en muchos alimentos, se desplazan a la piel y reciben la radiación solar. La insuficiencia de vitamina D, o raquitismo, se da rara vez en los climas tropicales, donde hay abundancia de rayos solares, pero hubo un tiempo en que era común entre los niños de las ciudades poco soleadas antes de empezar a utilizar leche enriquecida con esta vitamina. El raquitismo se caracteriza por deformidad de la caja torácica y el cráneo y por piernas arqueadas, todo ello producido por la mala absorción de calcio y fósforo en el cuerpo. Debido a que la vitamina D es soluble en grasa y se almacena en el cuerpo, su consumo excesivo puede causar intoxicación vitamínica, daños al riñón, letargia y pérdida de apetito. El papel de la vitamina E en el cuerpo humano aún no se ha establecido claramente, pero se sabe que es un nutriente esencial en más de veinte especies de vertebrados. Esta vitamina participa en la formación de glóbulos rojos, músculos y otros tejidos y en la prevención de la oxidación de la vitamina A y las grasas. Se encuentra en aceites vegetales, germen de trigo, hígado y verduras de hoja verde. Aunque la vitamina E se aconseja popularmente para gran variedad de enfermedades, no hay pruebas sustanciales que respalden estas afirmaciones. Si bien se almacena en el cuerpo, parece que las sobredosis de vitamina E tienen menos efectos tóxicos que las de otras vitaminas liposolubles. La vitamina K es necesaria principalmente para la coagulación de la sangre. Ayuda a la formación de la protrombina, enzima necesaria para la producción de fibrina en la coagulación. Las fuentes más ricas en vitamina K son la alfalfa y el hígado de pescado, que se emplean para hacer preparados con concentraciones de esta vitamina. Las fuentes dietéticas incluyen todas las verduras de hoja verde, la yema de huevo, el aceite de soja (soya) y el hígado. Para un adulto sano, una dieta normal y la síntesis bacteriana en el intestino suele ser suficiente para abastecer el cuerpo de vitamina K y protrombina. Las alteraciones digestivas pueden provocar una mala absorción de vitamina K y, por tanto, deficiencias en la coagulación de la sangre.
  • 35. Las Hormonas Las hormonas son sustancias segregadas por células especializadas, localizadas en glándulas de secreción interna o glándulas endocrinas (carentes de conductos), o también por células epiteliales e intersticiales con el fin de afectar la función de otras células. Hay hormonas animales y hormonas vegetales como las auxinas, ácido abscísico, citoquinina, giberelina y el etileno. Son transportadas por vía sanguínea o por el espacio intersticial, solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas proteínas (que extienden su vida media al protegerlas de la degradación) y hacen su efecto en determinados órganos o tejidos diana (o blanco) a distancia de donde se sintetizaron, sobre la misma célula que la sintetiza (acción autócrina) o sobre células contiguas (acción parácrina) interviniendo en la comunicación celular. Existen hormonas naturales y hormonas sintéticas. Unas y otras se emplean como medicamentos en ciertos trastornos, por lo general, aunque no únicamente, cuando es necesario compensar su falta o aumentar sus niveles si son menores de lo normal. Las hormonas pertenecen al grupo de los mensajeros químicos, que incluye también a los neurotransmisores. A veces es difícil clasificar a un mensajero químico como hormona o neurotransmisor. Todos los organismos multicelulares producen hormonas, incluyendo las plantas (fitohormona). Las hormonas más estudiadas en animales (y humanos) son las producidas por las glándulas endocrinas, pero también son producidas por casi todos los órganos humanos y animales. La especialidad médica que se encarga del estudio de las enfermedades relacionadas con las hormonas es la endocrinología. Historia El concepto de secreción interna apareció en el siglo XIX, cuando Claude Bernard lo describió en 1855, pero no especificó la posibilidad de que existieran mensajeros que transmitieran señales desde un órgano a otro. El término hormona fue acuñado en 1905, aunque ya antes se habían descubierto dos funciones hormonales. La primera fundamentalmente del hígado, descubierta por Claude Bernard en 1851. La segunda fue la función de la médula suprarrenal, descubierta por Vulpian en 1856. La primera hormona que se descubrió fue la adrenalina, descrita por el japonés Takamine en 1901. Posteriormente el estadounidense Kendall aisló la tiroxina en 1914 . Fisiología Cada célula es capaz de producir una gran cantidad de moléculas reguladoras.las glándulas endócrinas y sus productos hormonales están especializados en la regulación general del organismo así como también en la autorregulación de un órgano o tejido. El método que utiliza el organismo para regular la concentración de hormonas es balance entre la retroalimentación positiva y negativa, fundamentado en la regulación de su producción, metabolismo y excreción. Las hormonas pueden ser estimuladas o inhibidas por: • Otras hormonas. • Concentración plasmática de iones o nutrientes. • Neuronas y actividad mental. • Cambios ambientales, por ejemplo luz, temperatura, presión atmosférica. Un grupo especial de hormonas son las hormonas tróficas que actúan estimulando la producción de nuevas hormonas por parte de las glándulas endócrinas. Por ejemplo, la TSH producida por la hipófisis
  • 36. estimula la liberación de hormonas tiroideas además de estimular el crecimiento de dicha glándula. Recientemente se han descubierto las hormonas del hambre: ghrelina, orexina y péptido Y y sus antagonistas como la leptina. Tipos de hormonas Según su naturaleza química, se reconocen dos grandes tipos de hormonas: • Hormonas peptídicas. Son derivados de aminoácidos (como las hormonas tiroideas), o bien oligopéptidos (como la vasopresina) o polipéptidos (como la hormona del crecimiento). En general, este tipo de hormonas no pueden atravesar la membrana plasmática de la célula diana, por lo cual los receptores para estas hormonas se hallan en la superficie celular. Las hormonas tiroideas son una excepción, ya que se unen a receptores específicos que se hallan en el núcleo. • Hormonas lipídicas. Son esteroides (como la testosterona) o eicosanoides (como las prostaglandinas). Dado su carácter lipófilo, atraviesan sin problemas la bicapa lipídica de las membranas celulares y sus receptores específicos se hallan en el interior de la célula diana. Mecanismos de acción hormonal Las hormonas tienen la característica de actuar sobre las células diana, que deben disponer de una serie de receptores específicos. Hay dos tipos de receptores celulares: Receptores de membrana: los usan las hormonas peptídicas. Las hormonas peptídicas (1er mensajero) se fija a un receptor proteico que hay en la membrana de la célula, y estimula la actividad de otra proteína (unidad catalítica), que hace pasar el ATP (intracelular) a AMP (2º mensajero), que junto con el calcio intracelular, activa la enzima proteína quinasa (responsable de producir la fosforilación de las proteínas de la célula, que produce una acción biológica determinada). Esta es la teoría o hipótesis de 2º mensajero o de Sutherland. Receptores intracelulares: los usan las hormonas esteroideas. La hormona atraviesa la membrana de la célula diana por difusión. Una vez dentro del citoplasma, penetra incluso en el núcleo, donde se fija el DNA y hace que se sintetice ARNm, que induce a la síntesis de nuevas proteínas, que se traducirán en una respuesta fisiológica. Principales hormonas humanas Hormonas peptídicas Son péptidos o derivados de aminoácidos; dado que la mayoría no atraviesan la membrana plasmática de las células diana, éstas disponen de receptores específicos para tales hormonas en su superficie. Mecanismo Abrevia- Tejido de Nombre Origen Efecto tura diana acción
  • 37. Hipocampo, [tallo Antioxidante e induce Melatonina Glándula pineal encefalico], [], el sueño. retina, []s, intestino, etc. Sistema nervioso Controla el humor, el Serotonina 5-HT central, tracto "5-HT" Tallo Encefalico apetito y el sueño. gastrointestinal La menos activa de las hormonas tiroideas; aumento del metabolismo basal y Tetrayodotironina T4 Tiroides Directo de la sensibilidad a las catecolaminas, afecta la síntesis de proteínas. La más potente de las hormonas tiroideas: aumento del metabolismo basal y Triyodotironina T3 Tiroides Directo de la sensibilidad a las catecolaminas, afecta la síntesis de proteínas. Respuesta de lucha o huida: aumento del ritmo cardíaco y del volumen sistólico, vasodilatación, aumento del catabolismo del Corazón, vasos glucógeno en el sanguíneos, hígado, de la lipólisis Adrenalina hígado, tejido en los adipocitos; EPI Médula adrenal (o epinefrina) adiposo, ojo, todo ello incrementa aparato el suministro de digestivo oxígeno y glucosa al cerebro y músculo; dilatación de las pupilas; supresión de procesos no vitales (como la digestión y del sistema inmunitario). Noradrenalina NRE Médula adrenal Respuesta de lucha o (o norepinefrina) huida: como la
  • 38. adrenalina. Aumento del ritmo cardíaco y de la Riñón, hipotálamo presión arterial DPM, PIH (neuronas del Dopamina inhibe la liberación de o DA núcleo prolactina y hormona infundibular) liberadora de tirotropina. Inhibe el desarrollo de Hormona Testículos (células Testículo (tubos AMH los tubos de Müller en antimulleriana de Sértoli) de Müller) el embrión masculino. Aumenta la Hígado, sensibilidad a la músculo insulina por lo que Adiponectina Acrp30 Tejido adiposo esquelético, regula el metabolismo tejido adiposo de la glucosa y los ácidos grasos. Estimula la producción de Hormona ACTH Hipófisis anterior AMPc Corteza adrenal corticosteroides adrenocorticotrópica (glucocorticoides y andrógenos). Vasos Vasoconstricción, Angiotensinógeno y AGT Hígado IP3 sanguíneos, liberación de angiotensina corteza adrenal aldosterona. Retención de agua en el riñón, Hipotálamo (se Riñón, vasos vasoconstricción Hormona acumula en la sanguíneos, moderada; liberación antidiurética ADH hipófisis posterior variable hipófisis de Hormona (o vasopresina) para su posterior anterior adrenocorticotrópica liberación) de la hipófisis anterior. Regula el balance de Péptido natriurético Corazón (células agua y electrolitos, auricular ANP musculares de la GMPc Riñón reduce la presión (o atriopeptina) aurícula derecha) sanguínea. Construcción del hueso, reducción del nivel de Ca2+ sanguíneo, Intestino, riñón, Calcitonina CT Tiroides AMPc incrementa el hueso almacenamiento de Ca2+ en los huesos y su reabsorción en el riñón.
  • 39. Producción de enzimas digestivas Páncreas, Colecistoquinina CCK Duodeno (páncreas) y de bilis vesícula biliar (vesícula biliar); supresión del apetito. Estimula la secreción Hormona liberadora Hipófisis CRH Hipotálamo AMPc de hormona de corticotropina anterior adrenocorticotrópica. Células madre Estimula la Eritropoyetina EPO Riñón de la médula producción de ósea eritrocitos. Mujer: estimula la maduración del folículo de Graaf del ovario. Hormona Hombre: estimula la estimuladora del FSH Hipófisis anterior AMPc Ovario, testículo espermatogénesis y la folículo producción de proteínas del semen por las células de Sértolis de los testículos. Estómago (células Estómago Secreción de ácido Gastrina GRP parietales), (células gástrico. duodeno parietales) Estimula el apetito y la Hipófisis Ghrelina Estómago secreción de hormona anterior del crecimiento. Glucogenólisis y gluconeogénesis, lo Páncreas (células Glucagón GCG AMPc Hígado que incrementa el alfa) nivel de glucosa en sangre. Estimula la liberación de Hormona Hormona liberadora Hipófisis GnRH Hipotálamo IP3 estimuladora del de gonadotropina anterior folículo y de hormona luteinizante. Estimula la liberación Hipófisis Somatocrinina GHRH Hipotálamo IP3 de hormona del anterior crecimiento. Gonadotropina hCG Placenta (células AMPc Mantenimiento del coriónica humana del cuerpo lúteo en el sincitiotrofoblasto) comienzo del embarazo; inhibe la