Nutrición autótrofa productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias Los seres autótrofos (a veces llamados productores) esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energ ía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis fot osíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos. Tipos Los seres vivos basan su composición en compuestos en los que el elemento químico definitorio es el carbono (compuestos orgánicos), y los autótrofos obtienen todo el carbono a través un proceso metabólico de fijación del carbono llamado ciclo de Calvin. Sin embargo se distinguen unos de otros por la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de sintetizar sustancias orgánicas; hay dos clases principales, los fotoautótrofos, que emplean la luz para realizar la fotosíntesis, y los quimioautótrofos, que extraen la energía de reacc iones químicas entre sustancias inorgánicas, minerales, en el interior de la tierra o en e l fondo del océano. Se llama auxótrofos a aquellos organismos ³imperfectamente autótrofos³ que sintetizan casi todas sus moléculas a partir de sustancias inorgánicas, pero que necesitan tomar alguna ya hecha de otros seres vivos. Papel ecológico Los autótrofos forman el primer eslabón en las cadenas tróficas, en tanto que pro ductores primarios de la materia orgánica que circula través de ellas. Son necesariamente los organ ismos más abundantes, ya que ³dada la eficiencia limitada de los procesos metabólicos³ cada eslabón está mucho menos representado que los siguientes. Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimentaria, ya q ue obtienen los átomos que necesitan de fuentes inorgánicas, como el dióxido de carbono, y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres v ivos, llamados heterótrofos, que las utilizan como alimento. A la vez, obtienen la energía de fuentes abióticas como la luz solar (f otosíntesis) o reacciones químicas entre sustancias minerales (quimiosíntesis). Los seres seres heterótrofos como los animales, los l os hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas que han obtenido de los seres autótrofos por ingestión (animales) o absorción (descomponedores). Por ejemplo, los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y la materia obten idas de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos (las plantas) que comieron sus presas.
Heterótrofa [organismo] Que es incapaz de elaborar su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas y se nutre de sustancias elaboradas por otros seres vivos: las plantas sin clorofila y todos los animales son seres heterótrofos. adjetivo [forma de alimentación] Que es propio de los organismos heterótrofos: la nutrición de los protozoos es heterótrofa h eterótrofa
Nutrición La nutrición es el proceso biológico en el que los lo s organismos asimilan los alimentos y los líquidos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento de sus funciones vitales. La nutrición también es la ciencia que estudia la relación que existe entre los alimentos y la salud, especialmente en la determinación de una dieta. Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente c omo sinónimos, son términos diferentes ya que: q ue: y
y
La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los ali mentos y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos, es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, y su asimilación en las células del organismo. La nutrición es la ciencia que examina la relación entre dieta y salud. Los nutricionistas son profesionales de la salud que se especializan en esta área de estudio, y están entre nados para proveer consejos dietéticos. La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida.
Muchas enfermedades comunes y sus síntomas frecuentemente pueden ser prevenidas o aliviadas con una buena nutrición; por esto, la ciencia de la nutrición intenta entender cómo y cuales son los aspect os dietéticos específicos que influyen en la salud. El propósito de la ciencia de la nutrición es explicar la respuesta metabólica y fisiológica del c uerpo ante la dieta. Con los avances en biología molecular, bioquímica y genética la ciencia de la nutrición está adicionalmente desarrollándose en el estudio del metabolismo, lo cuál procura conectar a la dieta y la salud a través del lente de los lo s procesos bioquímicos. El cuerpo humano está hecho de compuestos químicos tales como agua, aminoácidos (prote ínas), ácidos grasos (lípidos), ácidos nucleicos (ADN/ARN) y carbohidratos (po r ejemplo azúcares y fibra). Una nutrición adecuada es la que cubre: y
y y y
Los requerimientos de energía a través de la metabolización de nutr ientes como los carbohidratos, proteínas y grasas. Estos requerimientos energéticos están relacionados con el gasto metabólico basal , el gasto por la actividad física y el gasto inducido por la dieta. Las necesidades de micronutrientes no energéticos como las vitaminas y minerales. La correcta hidratación basada en el consumo de bebidas, en espe cial del agua. La ingesta suficiente de fibra dietética.
Los objetivos dietéticos se representan mediante diferentes recursos gráficos, uno de ellos es la pirámides de los alimentos. Tipos de nutrición en los seres vivos. Nutrición autótrofa (la que llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento). Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energ ía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis fot osíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de l a materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de l os seres autótrofos que han
comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas procede en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas. y
Nutrición heterótrofa (la que llevan a cabo aquellos organismos que necesitan de otr os para vivir). Los organismos heterótrofos (del griego "hetero", otro, desigual, difer ente y "trofo", que se alimenta), en contraste con los autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los orga nismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y los animales.
Según el origen de la energía que utilizan los organismos hetrótrofos, pueden dividirse en: Fotoorganotrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno. Quimiorganotrofos: utilizan la energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del reino de los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias Los heterótrofos pueden ser de dos tipos fundamentalmente: Consumidores, o bien saprótrofos y descomponedores. Los autótrofos y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir. METABOLISMO CELULAR Es el conjunto de reacciones químicas a través de las cuales el org anismo intercambia materia y energía con el medio Reacciones Celulares Básicas. Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a m edida que cumplen funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción. En estas conversiones energéticas, como en todas las demás, parte de la energía útil se pierde en el ambiente en cada paso. Los seres vivos que sintetizan su propio alimento se conocen como autótrofos. La mayoría de los autótrofos usan la energía del sol para sintetizar su alimento. Las plantas verdes, las algas y alg unas bacterias son autótrofos que poseen organelos especializados donde ocurre la síntesis del alimento. Existen otros seres que no pueden sintetizar su propio alimento. Estos seres se conocen como heterótrofos. Los animales y los hongos son ejemplo de organismos heterótrofos porque dependen de los autótrofos o de otr os heterótrofos para su alimentación. Una vez que el alimento es sintetizado o ingerido por un ser vivo, la mayor parte se degrada para producir energía que necesitan las células. El total de todas las reacciones que ocurren en una célula se conoce como metabolismo. Aquellas reacciones en que sustancias simples se unen para formar sustancias más complejas se llaman reacciones anabólicas. Por ejemplo, las reacciones en las que la célula construye moléculas de proteínas son reacc iones anabólicas. Otras reacciones son las reacciones catabólicas que son aquellas e n las cuales sustancias complejas se degradan para convertirse en sustancias más simples. Las proteínas, los polisacáridos y otras moléculas se rompen en moléculas más sencillas mediante reacciones catabólicas.
La glucosa y la fructosa se unen, enlazándose a través de un átomo de oxígeno. Y forman la sacarosa. Esta es una reacción anabólica y como se elimina agua, a esta reac ción se le conoce como síntesis por deshidratación Los polisacáridos y las proteínas se sintetizan por la reacción de síntesis por deshidratación. El disacárido maltosa al agregarle agua se descompone en dos moléculas de glucosa. Esto forma parte del proceso
llamado catabolismo y la reacción específica se le conoce c on el nombre de hidrólisis.
Mediante la hidrólisis, se degradan las moléculas grandes que se encuentran en las cél ulas vivas. Los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas se degradan por hidrólisis en moléculas más pequeñas y útiles. EL
CONTROL DE
LAS
REACCIONES CELULARES
Una reacción endergónica es una reacción química que necesita o utiliza energía. En las plantas, se necesita energía de la luz para producir alimento; por lo tanto, la producción de alimento en la s plantas es una reacción endergónica. A una reacción que libera energía se conoce como una reacción exergónica. Muy a menudo, la energía se libera en forma de calor; en las células, las reacciones exergónicas suplen la energía para llevar a cabo las actividades de la célula. Enzimas
Las células poseen compuestos químicos que controlan las reacciones que ocurren en su interior. La sustancia que controla la velocidad a la que ocurre una reacción química sin que la célula sufra daño alguno ni se destruya se conoce como un catalizador. Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las células y hacen posible las reacciones, Una enzima actúa sobre una sustancia específica llamada sustrato. Recibe su nombre del sustrato sobre el cual actúa. A una parte del nombre del sustrato se le añade el sufijo -asa. Ejemplo: Para los sustratos como la Maltosa, Urea o Lactosa, las enzimas correspondientes serán Maltasa para la maltosa, Ureasa para la urea y Lactasa para la lactosa. Desnaturalización de las Proteínas. Es la ruptura de enlaces en las moléculas proteicas por efec to de la alta temperatura. Enzimas: Modelo La forma y la estructura de una enzima determinan la reacción que puede catalizar. La enzima se une al sustrato para formar un complejo enzima-sustrato o E-S, de tal manera que la enzima y el sustrato se ajustan perfectamente. El lugar donde la enzima recibe al sustrato se le c onoce como sitio activo. Cuando se forma el E-S, la energía de activación disminuye, esta energía de activación menor permite que la r eacción ocurra más rápidamente que si no estuviese presente la enzima. Factores que Afectan. Los factores que afectan la actividad de una enzima son los factores que afectan a u na proteína: a) La temperatura, b) El pH
c) La concentración del sustrato
La desnaturalización de las proteínas se realiza por la exposición a altas temperaturas. Estas rompen algunos enlaces. Esto hace que las enzimas disminuyan o pierdan su actividad. Fuentes de Energía para las Células La fuente principal de energía para los seres vivos es la glucosa. Las células usan esta energía para hacer trabajos como halar (las células musculares), transmitir impulsos (las células nerviosas), transportar nutrientes (las células de la raíz vegetal) y sintetizar proteínas y otros compuestos necesarios para la célula.
Cuando las células degradan la glucosa se libera energía, esta liberación se realiza en una serie de pasos controlados por enzimas. La mayor parte de le energía que se libera se almacena en otro compuesto químico: el trifosfato de adenosina o ATP. La figura ilustra la estructura de la molécula compleja de A TP, la adenosina tiene dos partes: adenina y ribosa. La Adenosina va unida a tres grupos fosfato (cada uno posee un átomo de fósforo unido a cuatro átomos de oxígeno). Cuando una enzima separa el grupo fosfato terminal de una molécula de ATP, se libera una gran cantidad de energía que la célula utiliza. La molécula resultante es el difosfato de adenosina o ADP. La molécula de ATP puede representarse como A-P P P, (la A representa la adenosina y P representa el fosfato). La reacción mediante la cual el ATP forma ADP y P, además de proveerle energía útil a la célula puede escribirse en la forma siguiente. b b
A-P P P ------- A-P P + P + energía b b
"
b
RESPIRACION CELULAR. En las células vivas, la glucosa se degrada y se libera energía, parte de esta energía se usa para sintetizar ATP. En la mayoría de las células, este proceso necesita oxigeno, la degr adación de la glucosa mediante el uso del oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, se conoce como respiración celular. La respiración celular que necesita oxígeno se llama respiración aeróbica. En la respiración aeróbica, la degradación de glucosa comprende una serie de reacciones. Sin embargo, la reacción general se puede representar con la siguiente ecuación. Enzimas C6H12O6
+
6O2
(glucosa)
(oxígeno)
------- 6CO2
+
(bióxido
6H2O
+
ATP
(agua) trifosfato de adenosina
La respiración anaeróbica se da en dos etapas: La glucólisis y el Ciclo del Ácido Cítrico o Ciclo de Krebs Glucólisis. En la primera etapa, la glucosa se parte en dos molécula s de ácido pirúvico, el ácido pirúvico es un compuesto de tres carbonos, en esta reacción, se usan dos moléculas de ATP, pero se producen cuatro moléculas de ATP. El NAD se transforma en NADH. Producción neta de 2 ATP La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula. Ciclo de Krebs Cada molécula de ácido pirúvico se convierte en Acetil Coenzima A. Compuesto de dos carbonos. Que se une aun compuesto de cuatro carbonos hasta la degradación total de glucosa en CO2 y agua. La cadena respiratoria Fotosisntesis La Fermentación, Es otra forma de degradar la glucosa utilizando sustancias orgánicas como aceptores finales de electrones. Se puede dar en dos tipos: La fermentación alcohólica en ella se obtiene alcohol etílico, bióxido de carbono y 2 ATP La fermentación láctica. En ella se obtiene ácido láctico + 2 ATP
Catabolismo El catabolismo es la transformación de moléculas complejas a moléculas simples, con liberación de e nergía. El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la e nergía química desprendida en forma de enlaces de fosfato y de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que c ontienen gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas. El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. La palabra ca tabolismo procede del griego kata que significa hacia abajo. Control del catabolismo [editar] El control del catabolismo en los organismos superiores se realiza por diversos mensajeros químicos como las hormonas catabólicas clásicas que son: y y y y y
Cortisol. Glucagón. Adrenalina y otras catecolaminas. Citocina. Tiroxina.
Tanto el catabolismo como el anabolismo se pueden incluir como un medio de excreción, o bien, de transformación de desechos. NUTRICION ETEROTROFA y
Nutrición heterótrofa.(la que necesita de otros organismos para vivir)Los organismos heterótrofos (del griego "hetero", otro, desigual, diferente y "trofo", que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los org anismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y cuando los animales.
Según el origen de la energía que utilizan los organismos hetrótrofos, pueden dividirse en: Fotorganotrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno Quimiorganotrofos: utilizan la energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del r eino de los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias Los heterótrofos pueden ser de dos tipos fundamentalmente: Consumidores, o bien saprofitos y descomponedores. Los autótrofos y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir. Anabolismo
El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encarga da de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía (reacciones endergónicas), al contrario que el catabolismo.
La palabra anabolismo se originó del griego Ana que significa arriba. Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar. El anabolismo es el responsable de: y y
La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento. El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.
Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son: y y y
La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas. Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos. Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.
El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en: y y y y y
Replicación o duplicación de ADN. Síntesis de ARN. Síntesis de proteínas. Síntesis de glúcidos. Síntesis de lípidos.
Respiración anaeróbica La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de azúcares y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula, en general inorgánica, distinta del oxígeno. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias. Consideraciones generales [editar] En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una ca dena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se c ompone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electr ones no es el oxígeno. Todos los posibles aceptores en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O 2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional. No hay que confundir la respiración anaeróbica co n la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y e l aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno. En la siguiente tabla se muestran distintos aceptores de electrones, sus productos y algunos ejemplos de microorganismos que realizan tales procesos:
Aceptor
Producto final
Microorganismo
Nitrato
Nitritos, óxidos de nitrógeno y N 2
Pseudomonas, Bacillus
Sulfato
Sulfuros
Desulfovibrio, Clostridium
Azufre
Sulfuros
Thermoplasma
CO2
Metano
Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus
Fe3+
Fe2+
Shewanella, Geobacter, Geospirillum, Geovibrio
Mn4+
Mn2+
Shewanella putrefaciens
Selenato
Selenito
Arsenato
Arsenito
Desulfotomaculum
Fumarato
Succinato
Wolinella succinogenes, Desulfovibrio, E. coli
DMSO
DMS
Campylobacter, Escherichia
TMAO
TMA
Clorobenzoato
Benzoato
Fermentación
Desulfomonile
Fermentación alcohólica La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire). La ferme ntación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de rea lizarla. El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en au sencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el o xígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD +. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, ...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, car ecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la c ontracción muscular. Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se c omparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sól o se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una o xidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol. Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia c ondiciones y el contacto referido. Usos
El beneficio industrial primario de la fermentación es la conversión del mosto en vino, cebada en cer veza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo c on Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales: y
y
y y y
Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos. Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas. Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos gras os esenciales y vitaminas. Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.
La fermentación tiene algunos usos e xclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos.
De acuerdo al tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden ser dañinos para la salud. E n alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, significando permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia. Tipos de fermentaciones y y y y y y
Fermentación acética Fermentación alcohólica Fermentación butírica Fermentación de la glicerina Fermentación láctica Fermentación ropica
Respiración aeróbica La respiración aeróbica es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración anaeróbica). La respiración aeróbica es el proceso responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno. La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en genera l y de algunos tipos de bacterias. El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculos las membranas biológicas, atraviesa primero la membrana plasmática y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando agua. En esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la f osforilación del ATP. En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aeróbica. La reacción química global de la respiración es la siguiente: C6 H12 O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + energía (ATP) Etapas
de la respiración aeróbica [editar]
De modo tradicional, la respiración aerobia se ha subdividido en las siguientes etapas: Durante la glucólisis, una molécula de glucosa es oxidada y escindida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). En esta ruta metabólica se obtiene dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD +; el número de carbonos se mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en ca da una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula. La glicerina (glicerol) que se forma en la lipólisis de los triglicéridos se incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehído 3 fosfato. La desaminación oxidativa de algunos aminoácidos también rinde p iruvato; que tienen el mismo destino metabólico que el obtenido por glucólisis.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico [editar] Artículo principal: Descarboxilación oxidativa El ácido pirúvico penetra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO 2) y oxidativa porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD +, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH 3, ácido acético sin el grupo hidroxilo) que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA), que es el encar gado de transportarlo al ciclo de Krebs. Este proceso se repite dos veces, una para cada molécula de piruvato en que se e scindió la glucosa. Ciclo de Krebs [editar] Artículo principal: Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se ll eva a cabo en la matriz mitocondrial y en la cual se r ealiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el acetil coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO2, liberando energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH 2) y GTP. Para cada glucosa se producen dos vueltas completas del ciclo de Krebs, dado que se había n producido dos moléculas de acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4 moléculas de CO 2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la descarboxilación oxidativa del piruvato, hacen un total de seis, que es el n úmero de moléculas de CO2 que se producen en respiración aeróbica (ver ecuación general). Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa [editar] Artículos principales: Cadena respiratoria y Fosforilación oxidativa Son las últimas etapas de la respiración aeróbica y tienen dos finalidades básicas: 1. 2.
Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH 2 con el fin de que estén de nuevo libres para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables. Producir energía utilizable en forma de ATP.
Estos dos fenómenos están íntimamente relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de la mitocondria; cuatro complejos realizan la oxidación de los mencionados coenzimas transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear proto nes desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa, enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa. Los electrones y los protones implicados en estos procesos son cedidos definitivamente al O 2 que se reduce a agua. Nótese que el oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración aerobia Glúcido
Glucosa - forma levógira Fructosa - forma levógira
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos (del griego que significa "azúcar") son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Otras biomoléculas son las grasas y, en menor medida, las proteínas. El término hidrato de carbono o carbohidrato es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino que constan de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos. Este nombre proviene de la nomenclatura química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladas respondían a la fórmula elemental Cn(H2O)n (donde "n" es un entero=1,2,3... según el número de átomos). De aquí el término "carbono-hidratado" se haya mantenido, si bien posteriormente se vio que otras moléculas con las mismas características químicas no se corresponden con esta fórmula. Además, los textos científicos anglosajones aún insisten en denominarlos carbohydrates lo que induce a pensar que este es su nombre correcto. Del mismo modo, en dietética, se usa con más frecuencia la denominación de carbohidratos.
Ribosa - forma furanosa
Los glúcidos pueden sufrir reacciones de esterificación, aminación, reducción, oxidación, lo cual otorga a cada una de las estructuras una propiedad especifica, como puede ser de solubilidad. Sinónimos
y
y
y
Carbohidratos o hidratos de carbono: ha habido intentos para sustituir el término de hidratos de carbono. Desde 1996 el Comité Conjunto de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry 1 ) y de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) recomienda el término carbohidrato y desaconseja el de hidratos de carbono. Glúcidos: este nombre proviene de que pueden considerarse derivados de la glu cosa por polimerización y pérdida de agua. El vocablo procede del griego "glycýs", que significa dulce. Azúcares: este término sólo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular (azúcar) se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.
Estructura
química
Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno y e n una menor cantidad de oxígeno. Los glúcidos tienen enlaces químicos difíciles de romper llamados covalentes, mismos que poseen gran cantidad de energía, que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de esta energía es aprovechada por el organismo consumidor, y otra parte es almacenada en el organismo. En la naturaleza se encuentran en los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos. Tipos de glúcidos Los glúcidos se dividen en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
Monosacáridos Artículo principal: Monosacárido
Los gl úcidos más si mpl es , los monosacáridos , están for mados por una sola mol écula ; no pu ed en s er hidroli zados a gl úcidos más p equ eños . La fór mula quí mica gen eral d e un monosacárido no modi ficado es (CH2O)n , dond e n es cual qui er n úmero i gual o ma yor a tr es , su li mit e es d e 6 car b onos . Los m onosacáridos pos een si empr e un grupo car bonilo en uno d e sus áto mos d e car b ono y grupos hidro xilo en el r esto , por lo qu e pu ed en consid erars e polialco hol es . Los monosacáridos s e clasi fican d e acu erdo a tr es caract erísticas di fer ent es: la posici ón d el grupo car bonilo , el n úmero d e áto mos d e car bono qu e conti en e y su quiralidad . Si el grupo car bonilo es un ald ehído , el monosacárido es una aldosa ; si el grupo car bonilo es una c etona , el m onosacárido es una c etosa . Los monosacáridos más p equ eños son los qu e pos een tr es áto mos d e car bono , y son lla mados triosas ; a qu éllos con cuatro son lla mados t etrosas , lo qu e pos een cinco son lla mados p entosas , s eis son lla mados hexosas y así suc esi va ment e. Los sist emas d e clasi ficaci ón son fr ecu ent ement e co mbinados ; por ejemplo , la glucosa es una aldo hexosa (un ald ehído d e s eis áto mos d e car bono ), la ri bosa es una aldop entosa (un ald ehído d e cinco áto mos d e car bono ) y la fructosa es una c eto hexosa (una c etona d e s eis áto m os d e car bono ). Lactosa Los disacáridos son gl úcidos for mados por dos mol éculas d e monosacáridos y, por tanto , al hidroli zars e produc en dos monosacáridos li br es . Los dos monosacáridos s e un en mediant e un enlac e co val ent e conocido co mo enlac e glucosídico , tras una r eacci ón d e d es hidrataci ón qu e i mplica la p érdida d e un áto mo d e hidr ógeno d e un monosacárido y un grupo hidro xilo d el otro monosacárido , con la cons ecu ent e for maci ón d e una mol écula d e H2O, d e man era qu e la fór mula d e los disacáridos no modi ficados es C12H22O11. La sacarosa es el disacárido más a bundant e y la principal for ma en la cual los gl úcidos son transportados en las plantas . Está co mpu esto d e una m ol écula d e glucosa y una mol écula d e fructosa . El no mbr e sist emático d e la sacarosa , O--D-g lucopiranosil -(1 2)-D-fructofuranosido, indica cuatro cosas:
y y y
y
Sus monosacáridos: glucosa y fructosa. El tipo de sus anillos: glucosa es una piranosa y fructosa es una furanosa. Como están ligados juntos: el oxígeno sobre el carbono uno (C1) de -glucosa está enlazado al C2 de la fructosa. El sufijo -osido indica que el carbono anomérico de ambos monosacáridos participan en el enlace glicosídico.
La lactosa, un disacárido compuesto por una molécula de galactosa y una molécula de glucosa, estará presente naturalmente sólo en la leche. El nombre sistemático para la lacto sa es O--D-galactopiranosil-(1 4)-D-glucopiranosa. Otro disacárido notable incluyen la maltosa (dos glucosa enlazadas -1,4) y la celobiosa (dos glucosa enlazadas -1,4).
Oligosacáridos O ligosacárido
Es ta quiosa , tetrasacárido for mado por una gl ucosa , dos galac tosas y una fr uc tosa Los oligosacáridos es tá n co mpues tos por entr e tr es y nueve m ol éc ulas d e mo nosacáridos que al hidroli zars e s e li bera n. No o bs ta nte, la d efi nici ón d e c ua n largo d ebe s er un gl úcido para s er co nsid erado oligo o polisacárido var ía s eg ún los a utor es . Seg ún el número d e mo nosacáridos d e la cad ena s e ti enen los trisacáridos (co m o la ra fi nosa ), tetrasacárido (es ta quiosa ), pentasacáridos , etc . Los oligosacáridos s e enc uentra n co n fr ec uencia unidos a pro teínas , for ma ndo las gl uco pro teínas , co mo una for ma co mún d e modi f icaci ón tras la s ínte sis pro te ica . Es tas m odi f icacio nes pos t trad uccio nal es i ncl uyen los oligosacáridos
de Lewis, responsables por las incompatibilidades de los grupos sanguíneos, el epítope alfa-Gal responsable del rechazo hiperagudo en xenotrasplante y O-GlcNAc modificaciones. Polisacáridos Amilopectina Los polisacáridos son cadenas, ramificadas o no, de más de diez monosacáridos. Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos. Su función en los organismos vivos está relacionada usualmente con estructura o almacenamiento. El almidón es usado como una forma de almacenar monosacáridos en las plantas, siendo encontrado en la forma de amilosa y la amilopectina (ramificada). En animales, se usa el gluc ógeno en vez de almidón el cual es estructuralmente similar pero más densamente ramificado. Las propiedades del glucógeno le permiten ser metabolizado más rápidamente, lo cual se ajusta a la vida activa de los animales con locomoción. La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más abundante sobre la tierra. La quitina tiene una estructura similar a la celulosa, pero tiene nitrógeno en sus ramas incrementando así su fuerza. Se encuentra en los ex oesqueletos de los artrópodos y en las paredes celulares de muchos hongos. Tiene diversos de usos, por ejempl o en hilos para sutura quirúrgica. Otros polisacáridos incluyen la callosa, la lamiña, la rina, el xilano y la galactomanosa. Los polisacáridos resultan de la condensación de muchas moléculas de monosacáridos con la pérdida de varias moléculas de agua. Su fórmula empírica es: (C6 H10 O5)n. Función de los glúcidos Los glúcidos desempeñan diversas funciones, siendo la de reserva energética y formación de las dos estructuras más importantes. Así, la glucosa aporta energía inmediata a los organismos, y es la responsable de mantener la a ctividad de los músculos, la temperatura corporal, la tensión arterial, el corre cto funcionamiento del intestino y la actividad de las neuronas. La ribosa y la desoxirribosa son constituyentes básicos de los nucleótidos, monómeros del ARN y del ADN . Nutrición Los glúcidos en una persona suponen de 8,3 y 14,5 g/kg de su peso corporal. Se propone que el 55-60% de la energía diaria que necesita el organismo humano debe provenir de los carbohidratos, ya sea obtenidos de alimentos ricos en almidón como las pastas o de las reservas del cuerpo (glucógeno). Se desaconseja, en cambio, el consumo abusivo de glúcidos tipo azúcar por su actividad altamente oxidante (las dietas con muchas calorías o con mucha glucosa aceleran el envejecimiento celular. Se sobreentiende que sí pueden ser necesarias dietas hipercalóricas en cl imas gélidos o en momentos de gran desgaste energético muscular). Nótese que el sedentarismo o la falta de los suficientes movimientos cotidianos del cuerpo humano provocan una mala metabolización de las grasas y de los carbohidratos. Los glúcidos requieren menos agua para digerirse que las proteínas o grasas y son la fuente más común de energía. Las proteínas y grasas son componentes vitales para la construcción de tejido corporal y células, y p or lo tanto debería ser recomendado no malgastar tales recursos usándolos para la producción de energ ía. Los carbohidratos no son nutrientes esenciales: el cuerpo puede tener toda su energía a partir de las proteínas y grasas. El cerebro no puede quemar grasas y necesita glucosa par a energía, del organismo puede sintetizar esta glucosa a partir de proteínas. La metabolización de las proteínas aportan 4 kcal por gram o mientras que las grasas contienen 9 kilocalorías y el alcohol contiene 7 kcal por g ramo. Alimentos con altos contenidos en carbohidratos son pastas, patatas, fibra, cereales y legumbres.
Basado en la evidencia del riesgo a la cardiopatía y obesidad, el Instituto de Medicina (Estados Unidos) recomienda que los adultos estadounidenses y canadienses obtengan el 40 al 65% de energía de la dieta a partir de los carbohidratos.2 La FAO (Food and Agriculture Organization) y la WHO (World Health Organization) recomiendan que las guías de alimentación nacional establezcan la meta de 55 a 75% del total de la energía a partir de carbohidratos, pero sólo 10% de descenso a partir de azúcar libre (glúcidos simples). 3 La distinción entre "carbohidratos buenos" y "carbohidratos malos" es una distinción carente de base científica. Aunque estos conceptos se han usado en el diseño de las dietas cetogénicas como las dietas bajas en carbohi dratos, las cuales promueven una reducción en el consumo de granos y alm idones en favor de proteínas. El resultado es una reducción en los niveles de insulina usada para metabolizar el azúcar y un incremento e n el uso de grasas para energía a través de la cetosis, un proceso también conocido como hambre de conejo. Digestión de los carbohidratos Si durante la digestión, la degradación de carbohidratos es deficiente a causa de alguna e nfermedad intestinal hereditaria, un trastorno intestinal, desnutrición o fármacos que lesionan la mucosa del intestino delgado, el carbohidrato no digerido llega al intestino grueso, donde produce diarrea osmótica. La fer mentación bacteriana de los compuestos produce grandes volúmenes de CO 2 y H2, lo que ocasiona cólicos abdominales. [cita requerida] Clasificación Los nutricionistas y dietistas antiguamente clasificaban los carb ohidratos como simples (monosacáridos y disacáridos) o complejos (oligosacáridos y polisacáridos). El término carbohidrato complejo fue usado por primera vez en la publicación Dietary Goals for the United States (1977) del Comité seleccionado del Senado, donde los denominaron "frutas, vegetales y granos enteros".4 Las guías dietéticas generalmente recomiendan que los carb ohidratos complejos los nutrientes ricos en carbohidratos simples tales como frutas y productos lácteos deberían cubrir el grueso del consumo de carbohidratos. Las guías dietéticas para los americanos 2005 de la USDA prescindió de la distinción entre simple/complejo, en vez recomienda alimentos ricos en fibra y de granos completos. 5 El índice glicémico y el sistema de la carga de glicemia son p opulares métodos de clasificación alternativos los cuales clasifican los alimentos ricos en carbohidratos basados en su efecto sobre los niveles de glucosa sanguínea. El índice de insulina es un método de clasificación similar, más reciente el cual clasifica los alimentos basado en su efecto sobre los niveles de insulina. Este sistema asume que los alimentos con índice glicémico alto puede ser declarados para ser la ingesta de alimentos más aceptable. El informe conjunto de expertos de la WHO y la FAO, en D ieta, Nutrición y Prevención de Enfermedades Crónicas (serie de informes técnicos de la WHO 916), recomienda que el c onsumo de carbohidratos suponga el 55-75% de la energía diaria, pero restringe el consumo de "azúcar libre" a un 10%. Metabolismo de los glúcidos Los glúcidos representan las principales moléculas almacenadas como reserva en los vegetale s. Los vegetales almacenan grandes cantidades de almidón producido a partir de la glucosa elaborada por fotosíntesis, y en mucha menor proporción, lípidos (aceites vegetales). Los animales almacenan básicamente triglicéridos (lípidos). Al contrario que los glúcidos, los lípidos sirven para almacenar y obtener energía a más largo plazo. También almacenan cierta cantidad de glucógeno, sobre todo en el músculo y en el hígado. Aunque muchos tejidos y órganos animales pueden usar indistintamente los glúcidos y los lípidos como fuente de energía, otros, principalmente los eritrocitos y el tejido nervioso (cerebro), no pueden catabolizar los lípidos y deben ser continuamente abastecidos con glucosa. En el tubo digestivo los polisacáridos de la dieta (básicamente almidón) son hidrolizados por las g lucosidasas de los jugos digestivos, rindiendo monosacáridos, que son los productos digestivos finales; éstos son absorbidos por las células del epitelio intestinal e ingresan en el hígado a través de la circulación portal, donde, alrededor del 60%, son
metabolizados. En el hígado, la glucosa también se puede transformar en lípidos que se transportan posteriormente al tejido adiposo. El músculo es un tejido en el que la fermentación representa una ruta met abólica muy importante ya que las células musculares pueden vivir durante largos períodos de tiempo en ambientes con baja concentración de oxígeno. Cuando estas células están trabajando activamente, su requerimiento de energía excede su capacidad de continuar con el metabolismo oxidativo de los hidratos de carbono puesto que la velocidad de esta oxidación está limitada por la velocidad a la que el oxígeno puede ser renovado en la sangre . El músculo, al contrario que otros tejidos, produce grandes cantidades de lactato Química
de los glúcidos
Los carbohidratos son reactivos en varios reacciones orgánicas, como por e jemplo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Acetilación La reacción con Cianohidrina La transformación de Lobry-de Bruyn-van Ekenstein El rearreglo de Amadori La reacción de Nef La degradación de Wohl La reacción de Koenigs-Knorr La reacción de Maillard o pardeamiento no enzimático
Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forman parte de la respiración celular e n todas las células aerobicas. En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es pa rte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO 2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP). El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbo nos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es la f osforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP según la teoría del acomplamiento quimiosmótico. El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo. Historia [editar] El ciclo Krebs recibe su nombre en honor a su descubridor Sir Hans Adolf Krebs, quien propuso los elementos clave del consumo de O2, en cantidad desproporcionada respecto a las cantidades añadidas. En segundo lugar, empleando malonato (inhibidor de la succinato deshidrogenasa), lograba bloquear la oxidación del piruvato, lo que indicaba su participación en la vía. Además, observó que las células tratadas con malonato acumulaban citrato, succinato y cetoglutarato, lo cual sugería que citrato y -cetoglutarato eran precursores del succinato. En tercer lugar, la administración al tejido de piruvato y oxaloacetato provocaba la acumulación de citrato en el músculo, lo que i ndicaba que son precursores del citrato. Con base en estas observaciones experimentales Hans Krebs pr opuso una ruta cíclica y su secuencia de reacciones. Este esquema inicial, con ciertas modificaciones, dió lugar al ciclo de Krebs tal y como hoy lo conocemos. Reacciones del ciclo de Krebs .
El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es: Acetil-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 3 H2O
CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO 2 + 3 H+
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO 2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH 2. NADH y FADH 2 son coenzimas (moléculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa. El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH 2) y abandona la enzima. Las reacciones son: Molécula
Enzima
I. Citrato II. cis-Aconitato III. Isocitrato IV. Oxalosuccinato
Tipo de reacción
1. Aconitasa 2. Aconitasa 3. Isocitrato deshidrogenasa 4. Isocitrato deshidrogenasa 5. -cetoglutarato V. -cetoglutarato deshidrogenasa
Deshidratación Hidratación Oxidación Descarboxilación
VI. Succinil-CoA
6. Succinil-CoA sintetasa
Hidrólisis
VII. Succinato VIII. Fumarato IX. L-Malato
7. Succinato deshidrogenasa Oxidación 8. Fumarato Hidratasa Adición (H 2O) 9. Malato deshidrogenasa Oxidación
X. Oxaloacetato
10. Citrato sintasa
Descarboxilación oxidativa
Reactivos/ Productos/ Coenzimas Coenzima H2O H2O NAD+ NADH + H+ NAD+ + CoA-SH GDP + Pi FAD H2O NAD+
NADH + H+ + CO2 GTP + CoA-SH FADH2 NADH + H+
Condensación
NOTA: El cis-aconitato es un intermedio de reacción muy inestable que rápidamente se transforma en citrato, a ntes de comenzar la tercera reacción.
Visión simplificada y rendimiento del proceso [editar] y y
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El paso final es la oxidación del ciclo de Krebs, produciendo un acetil-CoA y un CO 2. El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carb onos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación. A través de una serie de reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato. Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO 2 El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO 2. También consume 3 NAD + y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.
y y
y
El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH 2, 2CO2. Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH 2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs. Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetilCoA, por lo que por cada molécula de glucosa en el c iclo de Krebs se produce: 4CO 2, 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2; total 36 ATP.
Principales vías que convergen en el ciclo de Krebs [editar] La mayoría de las vías catabólicas convergen en el ciclo de Krebs, como muestra el diagrama. Las reacciones que forman intermediarios del ciclo se conocen como reacciones anapleróticas. El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La glucólisis rompe la glu cosa (6 carbonos) generando dos moléculas de piruvato (3 carbonos). En eucariotas, el piruvato se desplaza al interior de la mitocondria (gracias a un transportador específico de membrana interna). En la matriz mitocondrial, produce acetilCoA que entra en el ciclo de Krebs. En el catabolismo de proteínas, los enlaces peptídicos de las proteínas son degradados por acción de enzimas proteasas en el tubo digestivo liberando sus constituyentes aminoacídicos. Estos aminoácidos penetran en las células, donde pueden ser empleados para la síntesis de proteínas o ser degradados para producir energía en el c iclo de Krebs. Para su entrada al ciclo deben eliminarse sus grupos amino (terminales y laterales) por ac ción de enzimas aminotransferasas y desaminasas, principalmente. En el catabolismo de lípidos, los triglicéridos son hidrolizados liberando ácidos grasos y glicerol. En el hígado, el glicerol puede ser convertido en glucosa vía dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, por la gluconeogénesis (ruta anabólica). En muy diversos tejidos, especialmente en músculo cardíaco, los ácidos grasos son degradados en la matriz mitocondrial mediante sucesivos ciclos de beta oxidación que liberan unidades de acetil-CoA, que pueden incorporarse al ciclo de Krebs. En ocasiones, el ciclo d e Krebs puede rendir propionil-CoA (3 carbonos), que puede emplearse para la síntesis de glucosa en la gluconeogénesis hepática. Tropismo Un tropismo es la respuesta producida por un vegetal por acción de hormonas, frente a un estímulo externo. Las plantas carecen de órganos de los sentidos. Tampoco pueden desplazarse para cambiar el ambiente que les r odea. Sin embargo, como los animales, las plantas pueden detectar cambios en el me dio y responder ante ellos. La respuesta más frecuente en las plantas consiste en crecer lentamente en una determinada dirección definida por el estímulo. Estas pueden ser: y y
Positivo: cuando la planta crece hacia el estímulo Negativo: cuando la dirección es opuesta
Se pueden distinguir cinco principales tropismos: y
y
Quimiotropismo
en este caso, el movimiento de orientación del vegetal, es provocado por la presencia de sustancias químicas, como sales disueltas, anhídrido carbónico, oxígeno, etc. Este comportamiento permite que el vegetal tenga un encuentro más directo con dichas sustancias. Fototropismo es la capacidad o reacción por hormonas, de una planta de cambiar la dirección de su crecimiento normal cuando ocurren cambios en la luz, ya que en el crecimiento, la luz es un factor muy importante y también en la realización de la fotosíntesis, lo que nos lleva a la conclusión de que c omo respuesta a este estimulo, la planta crece en dirección a la f uente de luz. Este cambio se produce ya que las
plantas tienen unos receptores especializados, llamados fototropinas, que activan a la hormona vegetal auxina. y
y
y
Geotropismo
o gravitropismo es aquella respuesta a un estímulo referente a la f uerza gravitatoria de los cuerpos. Es decir, el tallo crecerá siempre hacia arriba para encontrar la luz necesaria para la fotosíntesis; las raíces hacia la tierra, allí encontrarán el agua y las sales minerales.
Hidrotropismo corresponde a un movimiento del vegetal hacia zonas húmedas, donde se encuentra el agua. Frente a este estimulo la raíz manifiesta una clara respuesta positiva, por lo cual se habla de un hidrotropismo positivo. Tigmotropismo movimiento de crecimiento orientado bajo la influencia del contacto físico.
Ejemplo: los tallos que tienden a crecer en torno a un soporte com o ocurre con la parra. Por lo tanto, poseen tigmotropismo positivo; las raíces en cambio , son negativas lo que les permite eludir obstáculos que se presentan en el terreno, tales como piedras y rocas. Desde el punto de vista celular, existe también el llamado " tropismo viral", aquello es cuando un tipo de virus tiene una atracción altamente especifica hacia una celula en particular, det erminado en parte por los marcadores de superficie de las células de este. Los virus desarrollan una habilidad específica para atacar las células en forma selectiva, así como los órganos del huésped y a menudo, ciertas poblaciones de células que se enc uentran en los órganos del cuerpo del huésped. TAXISMO biol Movimiento de orientación de un organismo provocado por un estímulo externo: existen diferentes tipos de taxis en función del estímulo que los genera, pero cabe destacar la f ototaxis, la quimiotaxis y la termotaxis. med Operación manual para reducir un tumor o una hernia. taxista nombre común Persona que tiene por oficio conducir un taxi. Mejor respuesta - elegida por los votantes TAXISMO: Respuesta con movimiento locomotor hacia un estímulo que se ejerce en un organismo debido a la influencia directa que se recibe por un gradiente de temperatura, iluminación PROTOCTISMO: El reino Protista, también llamado Protoctista, es aquel que contiene a todos aquellos organismos eucariontes que no pueden clasificarse dentro de alguno de los otros tres reinos eucarióticos, a saber, Fungi (hongos), Animalia (animales en sentido estricto) o Plantae (plantas). En el árbol filogenético de los organismos eucariontes, los protistas forman grupos monofiléticos o incluyen miembros que están estrechamente emparentados con alguno de los tres reinos citados. Se les designa con nombres que han perdido valor en la ciencia biológica, pero cuyo uso es imposible de desterrar, como algas, protozoos o mohos mucosos. Espero te sirva.Cariños Ósmosis
La ósmos is es un fenómeno físico-químico relacionado con el comportamiento del agua ³como solvente de una solución³ ante una membrana semipermeable para el solvente (agua) pero no para l os solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple a través de la membrana del agua, sin "gasto de energía" . La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de los seres vivos. Mecani smo [editar] Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las g randes (normalmente del tamaño de micras). Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, per o no las de azúcar, que son más grandes. Si una membrana como la descrita separa un líquido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden varias cosas, explicadas a fines del siglo XIX por Van 't Hoff y Gibbs empleando c onceptos de potencial electroquímico y difusión simple, entendiendo que este último fenómeno implica no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas (y esto ocurre cuando las partículas que aleatoriamente vienen se equiparan con las que aleatoriamente van), sino el equilibrio de los potenciales químicos de ambas particiones. Los potenciales químicos de los componentes de una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución. Este desequilibrio genera un flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial que se expresa como presión osmótica mensurable en términos de pre sión atmosférica (p. ej. "existe una pres ió n osmó tica de 50 at mós feras entre agua desalinizada y agua de mar"), que está en relación directa con la osmolaridad de la solución. El solvente fluirá hacia el soluto hasta equilibrar dicho potencial o hasta que la presión hidrostática equilibre la presión osmótica. 1 2 El resultado final es que, aunque el agua pasa de la zona de baja c oncentración a la de alta concentración y viceversa, hay un flujo neto mayor de moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta. Dicho de otro modo: dado suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la d e agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración. Las moléculas de agua atraviesan la membrana semipermeable desde la disolución de menor concentración (disolución hipotónica) a la de mayor concentración (disolución hipertónica). Cuando el trasvase de agua iguala las dos concentraciones, las disoluciones reciben el nombre de isotónicas. En los seres vivos, este movimiento del agua a través de la membrana celular puede producir que algunas células se arruguen por una pérdida excesiva de agua, o bien que se hinchen (posiblemente hasta reventar) por un aumento también excesivo en el contenido celular de agua. Para evitar estas dos situaciones, de consecuencias desastrosas para las células, estas poseen mecanismos para expulsar el agua o los iones mediante un transporte que requiere gasto de energía. Ósmos is invers a [editar] Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración. Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmos is invers a. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa ag ua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa a l otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha desalinizado por ósmosis inversa, y puede llegar a ser potable. Aplicacio nes [editar]
La mayoría de las aplicaciones 3 de la ósmosis vienen de la capacidad de separar solutos en disolución de forma activa mediante ósmosis inversa utilizando membranas semipermeables. Descontaminación y tratamiento de efluentes [editar] Para la eliminación de contaminantes en disolución principalmente encaminado al ahorro de agua. Si se tiene agua con contaminante "X" cuyas moléculas tienen un tamaño de "Y" micras, siendo "Y" mayor que el t amaño de la molécula de agua. Si se busca una membrana semipermeable que deje pasar moléculas de tamaño de las del agua pero no de "Y", al aplicar presión (ósmosis inversa) se obtendrá agua sin contaminante. La utilización de la ósmosis inversa en el tratamiento de efluentes persigue alguno de los tres ob jetivos siguientes: 4 y y y
Concentrar la contaminación en un reducido volumen. Recuperar productos de alto valor económico. Recircular el agua.
La ósmosis inversa no destruye la contaminación sino que, como mucho, permite concentrarla en un pequeño volumen. Red ucción del con te ni d o de n itratos [editar]
Las aguas subterráneas suelen incorporar altas concentraciones de nitratos, superiores a las admitidas por la reglamentación técnico-sanitaria. Con las membranas de ósmosis inversa con un alto porcentaje de rechazo del i ón nitrito permite obtener agua con un bajo contenido en dichos iones. Conc e nt rac ión de n itrit os y n itratos [editar] Los efluentes procedentes de la limpieza de depósitos contenedores de tetróxidos de nitrógeno (N 2O4) están contaminados con iones nitrito (NO 2-) y nitrato (NO3-). Los efluentes son neutralizados previamente c on sosa cáustica tras lo cual son enviados a un primer paso de una ósmosis inversa que trabaja con una recuperaci ón del 95%. El rechazo de este primer paso es enviado hasta una segunda etapa de ósmosis inversa que trabaja con una rec uperación del 75%. El rechazo de este segundo paso es recirculado al depósito situado en cabeza de la instalación y el perneado, con un contenido inferior a 10 ppm, puede ser reutilizado. E li m inac ión del co lo r y de l os pr ec ursor es de tr iha l om et anos [editar] El color procedente de la descomposición de la materia orgánica n atural disuelta por las aguas. El color, además de no admitirse en el agua potable por motivos estéticos, es un precursor de los trihalometanos (THM). Vina zas [editar] Las vinazas sufren en primer lugar un proceso de filtración para e liminar las materias en suspensión que pudiesen atascar las membranas. Continuación son impulsadas hacia unas membranas de ósmosis inversa que permiten el paso tanto del agua como del alcohol etílico. El permeado de la ó smosis inversa, que constituye el 90% del volumen inicial de las vinazas, se envía hacia una columna de destilación que permite recuperar el alcohol y otros productos nobles. El residuo de la columna de destilación es agua con un bajo contenido en DBO que puede enviarse hacia u na planta convencional de aguas residuales urbanas. El rechazo de la ósmosis inversa, que constituye el 10% del volumen inicial de las vinazas, se envía a una columna donde se destila a baja temperatura par a evitar la degradación de productos termosensibles permitiendo se recuperación.
hin es [e ditar]
Alpe c
Los e flue nt e s d e la s a lma zara s, compue sta s por e l a gua d e la a ce it una y e l a gua uti li zada para e xtra er e l a ce it e d e oli va , e s a lta me nt e conta mi na nt e y di fíci lme nt e bi od eg rada ble . La ósmos i s i nve rs a , combi nada con una ultra fi ltra ci ón, pe r mit e r ec upe rar d e los e flue nt es mat er ia le s d e a lt o va lor e conómi co y obt en e r a gua r e uti li za ble . Us os i n dus triale s [e ditar]
Producc ión de aguas de al ta c al idad y
y
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Producción de agua desmineralizada: las membranas de baja presión eliminan la mayor parte de las sale s en el agua, finalizando su desmineralización total con el intercambio iónico. Producción de agua ultrapura: además de eliminar las sales en el ag ua y una gran variedad de sustancias orgánicas, también depura microorganismos consiguiendo un agu a ultrapura.
Difusión La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema conjunto formado por la s partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente. Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable puede permitir el paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión, proceso que no requiere aporte energético es frecuente como forma de intercambio celular. Difusión sustitucional [editar] Este tipo de difusión, llamada también difusión por mecanismo de vacantes, consiste en el movimiento de los átomos en estructuras cristalinas; dichos movimientos se generan principalmente a causa de la energía térmica de los át omos, aunque también existen otros factores que pueden contribuir a este tipo de difusión como lo suelen ser las impurezas en el cristal. Difusión intersticial [editar] La difusión intersticial se produce cuando los átomos entrantes son más pequeños que los existentes en la red cristalina. Las ley que rige la difusión es la Ley de Fick. Otra forma para e ncontrar la correlación de difución entre átomos, es sacar la derivada por la hipotenusa entre el radio de cierta medida, entre l os caracteres de un punto polar en la primera cara de cff; por la integral de dicha ecuación. 2ª Ley de Fick (estado no estacionario) [editar] y
dC x / dt = d (DdC x / d x) / d x
y
P ara un gas e n un sólido
D= difusividad Co= concentración inicial Cx= concentración final Cs= concentración superficial t= tiempo x= distancia desde la superficie Separación
y y
isótopa [editar]
Difusión gaseosa Difusión térmica líquida
Difusión a través de membranas biológica [editar] y y y
Difusión facilitada Difusión simple, sin requerimientos de un canal proteico Difusión en el sistema respiratorio - el la alveola de los pulmones de los mamíferos, debido a diferencias en presiones parciales a lo largo de la membrana alveolar-capilar, el oxígeno se difunde a la sangre y el dióxido de carbono hacia afuera
Fagocitosis Pasos de un macrófago ingiriendo un patógeno: a. Ingestión por fagocitosis, se forma un fagosoma b. La fusión de lisosomas con el fagosoma formando un fagolisosoma; el patógeno es digerido por las enz imas c. El material sobrante es expelido o asimilado Partes: 1. Patógenos 2. Fagosoma 3. Lisosomas 4. Material de desecho 5. Citoplasma 6. Membrana celular La fagocitosis (del griego -phagos, 'el que come', kytos, 'célula'), es un tipo de endocitosis por el cual algunas células rodean con su membrana citoplasmática a una sustancia extracelular (un sólido) y la introducen al interior celular . Esto se produce gracias a la emisión de pseudópodos alrededor de la partícula o microorganismo hasta e nglobarla completamente y formar alrededor de él una vacuola, la cual fusionan posteriormente con lisosomas para degradar la sustancia fagocitada, la cual recibirá el nombre de fagosoma. Es el modo de nutrición, ingestión de materia del exterior (bacterias, otras células, materia i norgánica, etc), como es el caso de algunos organismos unicelulares. Es uno de los medios de transporte grueso que utilizan para su defensa algunas células de los organismos pluricelulares. En organismos multicelulares, este proceso lo llevan a cabo células especializadas, casi siempre con el fin de defender al conjunto del organismo frente a p otenciales invasores perjudiciales. En muchos organismos superiores, la fagocitosis es tanto un medio de defensa ante microorganismos invasores como de eliminación (e incluso reciclaje) de tejidos muertos.
La célula unicelular en la cual determina el fin de un comienzo. Etapas
de la fagocitosis [editar]
Pasaje de Celulas al To rr en te San guin eo [editar] Se inicia con la adherencia de celulas al endotelio vascular. Las c élulas iran al lugar de la amenaza. Estas son células especializadas, que pueden ser Macrófagos o Linfocitos. Los mismos serán estimulados para que produscan citoquinas ( IL-1 , TNF , IFN ) Quim iotaxis [editar] Artí culo principal: Quimiotaxis Es la etapa de movilización y reclutamiento de leucocitos, por medio de interacciones celulares, a la z ona o tejido lesionado. El fagocito se adhiere levemente a la superficie del endotelio (previamente activado por las c itocinas), a través de uniones moleculares de baja afinidad entre receptores en el le ucocito y selectinas sobre la superficie endotelial (selectina E y selectina P, por ejemplo). El flujo sanguí neo laminar empuja a los leucocitos as í adheridos en dirección de la corriente sangu í nea. El fagocito se despega de las interacciones corriente-arriba y sus ligandos de membrana se unen a nuevas selectinas corr ienteabajo. El resultado es un movimiento neto a lo largo de la superficie endotelial. Otras moléculas que participan en esta movilización son las moléculas de adhesión vascular (VC AM-1) presentes en el endotelio, cuyos ligandos correspondientes muestran preferencia por los linfocitos T y eosinófilos. En un punto espec í fico, determinado por la presencia y activación de quimiocinas, los fagocitos movilizados establecen interacciones intercelulares de gran afinidad con el endotelio por medio de integrinas y otros l igandos endoteliales. En especial las moléculas endoteliales LF A-a, CR3 y VLA-4 se adhieren a ligandos espec í ficos sobre los fagocitos, entre ellos VCAM-1 e IC AM-1. La expresión de estos ligandos sobre la superficie del fagocito es regulada por prote í nas inflamatorias, como el TNF y la IL-1. Es en ese punto de movilización lenta cuando los fagocitos, atra í dos por gradientes de concentración de las quimiocinas, atraviesan el epitelio vascular hacia el foco de infección patógena.xz
