BIOQUÍMICA

1. BIOQUÍMICA OPCIÓN B HUMANA

2. ENERGÍA • Los seres humanosnecesitamos energía para poder realizar nuestras funciones vitales, que obtenemos de los alimentos. • Pero no todos necesitamos la misma cantidad de energía, dependen de la edad, el sexo, la actividad física diaria, etc.: • - Los aportes caloríficos diarios de una mujer de actividad moderada son de unos 8400 kJ (2000 kcal) por día. • - Para un hombre adulto que soporte trabajo físico, la cantidad aumenta a 14700 kJ (3500 kcal). • La energía es aportada por: • - carbohidratos: fuente principal de energía a pesar de aportar menos en porcentaje de masa, que las grasas, por estar parcialmente oxidados. • - grasas: principales reservas energéticas. • - proteínas: moléculas fundamentales que intervienen en • todas los procesos metabólicos.

3. Calorímetro para comida • La energía contenida en los alimentos puede ser cuantificada quemándolos en un calorímetro para comida: - Una masa conocida de comida se calienta eléctricamente y arde con un aporte de oxígeno. - El calor que produce se transfiere a través de una espiral de cobre al agua y el incremento de temperatura de esta se registra. - El “equivalente en agua” de todo el sistema es calibrado y el valor calorífico de una comida determinada. - Los valores caloríficos son normalmente registrados como kcal por 100 g o más comúnmente como kJ por 100 g. 1 kcal = 4,18 kJ

4. AMINOÁCIDOS Y POLIPÉPTIDOS (I) • Los aminoácidos contienen un grupo funcional amino (-NH2) y un grupo funcional de ácido carboxílico (-COOH). Cuando ambos están unidos al mismo átomo de carbono se les conoce como α-aminoácidos (o -aminoácidos). • Existen 20 α-aminoácidos diferentes que constituyen los pilares o ladrillos fundamentales que conforman las proteínas. • Estas proteínas consisten en largas cadenas de polipéptidos formados por la unión de diversos aminoácidos mediante enlaces peptídicos. • Cuando dos aminoácidos se unen, se forma un dipéptido y una molécula de agua:

5. AMINOÁCIDOS Y POLIPÉPTIDOS (II) • Tres aminoácidos juntos forman un tripéptido que puede tener hasta 6 formas diferentes en función del orden de los aminoácidos: Las 6 posibles combinaciones de los aminoácidos formados por alanina (Ala), glicina (Gly) y cisteína (Cys).

6. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS • Estructura primaria: secuencia lineal de aminoácidos que caracteriza a cada proteína por su número y orden determinados. • Estructura secundaria: disposición espacial de la cadena polipeptídica que puede plegarse sobre sí misma de dos formas: • Estructura helicoidal en hélice α. • Estructura en lámina β o lámina plegada. Ambas se mantienen gracias a los puentes de hidrógeno. • Estructura terciaria: plegamiento global de la cadena que confiere a la proteína su estructura tridimensional y se mantiene gracias a: • Puentes de hidrógeno. • Fuerzas de van derWaals entre grupos R apolares. • Atracciones iónicas entre grupos polares. • Puentes disulfuro: enlace covalente entre dos cisteínas. • Estructura cuaternaria: ensamblaje de varias cadenas polipeptídicas. Ej. La hemoglobina está formada por cuatro cadenas proteicas agrupadas alrededor de cuatro grupos hemo.

7. USOS DE LAS PROTEÍNAS • Las enzimas son biocatalizadores. • Sirven de fuente de energía. • Cumplen una función estructural. • Ej. el pelo y las uñas están formados básicamente por polipéptidos plegados en hélices-α. • Hormonas. • Ej. FHS (hormona folículo-estimulante) provoca el ciclo mensual femenino.

8. ANÁLISIS DE PROTEÍNAS Estructura terciaria Hidrolizar con HCl estructura primaria (secuencia aminoácidos) Determinación estructura terciaria: cristalografía de rayos X Determinación estructura primaria: Cromatografía Electroforesis

9. Cromatografía • Se sitúa una pequeña gota de muestra del aminoácido desconocido cerca de la base del papel cromatográfico • El papel se sitúa en un solvente que sube por el papel debido a la acción capilar • las gotas de muestra de los diferentes aminoácidos las separa el solvente a distintas velocidades • Cuando el solvente casi ha alcanzado la cima, el papel se quita del tanque, se seca, y luego se rocía con un tinte orgánico • el valor del Fr (factor de retención) puede medirse y compararse con valores conocidos porque cada aminoácido tiene un valor de Fr distinto

10. Electroforesis • Gel de poliacrilamida • La muestra se sitúa en medio del gel • Diferencia de potencial • Los diferentes aminoácidos se moverán a distintas velocidades hacia los electrodos positivos y negativos • Punto isoeléctricoel aminoácido no se mueve (cargas equilibradas) • Comparación: • Ninhydrina • Puntos isoeléctricos

11. Glúcidos Compuestos fundamentales para la vida Son la principal fuente de energía rápida para los animales y de energía de reserva para las plantas (almidón). También en los animales se almacenan en forma de glucógeno. Toman parte en numerosos procesos vitales, como reconocimiento de moléculas específicas, síntesis de ADN y ARN o formación de estructuras celulares (paredes celulares en organismos vegetales) Presentan muchos isómeros para un mismo compuesto. Son capaces de agruparse mediante enlaces químicos covalentes y formar polímeros (conocidos como polisacáridos)

12. Monosacáridos • Siguen la fórmula molecular CH2O. El número de carbonos que poseen oscila entre 3 y 7. A partir de esta cifra, se vuelven inestables. • Cuando no se presentan en forma cíclica, su estructura es de cadena lineal. Cada carbono presenta un grupo OH, a excepción de uno, el cuál formará con un átomo de oxígeno un grupo carbonilo (C=O). • La isomería de estos compuestos puede ser tanto visual como funcional, es decir, que sean imágenes simétricas o bien que sean monosacáridos del mismo número de carbonos pero con su grupo carbonilo situado en carbonos diferentes. • Según su isomería, los monosacáridos se clasifican en D y L, dependiendo de si el carbono más alejado del carbono asimétrico (aquel unido a cuatro radicales diferentes) posee su grupo OH a la derecha o a la izquierda respectivamente. • Son capaces de ciclarse, tomando forma de anillo, haciendo reaccionar un grupo OH con el grupo carbonilo del monosacárido. • Se unen entre sí para formar polisacáridos.

13. Polisacáridos • Surgen por polimerización de monosacáridos. Es decir, grupos OH de diferentes monosacáridos reaccionan entre sí para dar lugar a un enlace por un átomo de oxígeno, liberando una molécula de agua. • Un grupo importante de polisacáridos son los disacáridos, compuestos muy abundantes en los alimentos como son la sacarosa, la lactosa, la maltosa o la isomaltosa. • La repetición de monosacáridos, o bien de disacáridos, conforma los grandes polímeros glucídicos, imprescindibles para los organismos. La celulosa es la sustancia orgánica más abundante de la biosfera y es la responsable de la estructura rígida de la mayoría de los vegetales. • Los polisacáridos son muy ricos en energía, por lo que su ingesta es muy necesaria para todos los organismos ya que, una vez hidrolizados y convertidos en monosacáridos, son las sustancias requeridas para realizar la respiración celular.

14. Acilglicéridos/grasas Ácidos grasos Ceras Fosfoglicéridos Esfingolípidos Saponificables LIPIDOS Colesterol Hormonas Vitaminas Esteroides Terpenos Prostaglandina No saponificables

15. Ácidos grasos • Bipolares • Saturados e insaturados (bajo P.Fusión) Cadenatorcida

16. Grasas y Aceites • Triesteres de glicerina y ács. Grasos • Grasas: sólidas (saturadas) • Aceites: líquidos (no saturados) • Glicerina+Ac.grasos+Ac.fosfórico+Alcohol aminado. • Membrana celular. • Estructura de esteroide (4 anillos) • LDL (grasas saturadas) lo transporta. • HDL lo devuelven al hígado. Fosfolípidos Colesterol

17. Ácidosgrasosesenciales Son los que el cuerpo no puede sintetizar (mono y poliinsaturados). A partir de los ácidos linoleicos omega-3 y omega-6 se pueden obtener todos los demás. Los primeros se pueden encontrar en hojas verdes y los segundos en aceites vegetales y hojas verdes. Los ácidos grasos trans se obtienen artificialmente a partir de parcialmente hidrogenados y poliinsaturados, son una fuente de colesterol LDL (malo) y están presentes en fritos como las patatas fritas. Hidrólisis de grasas Las grasas (glicerol y cadenas de ácidos grasos) se hidrolizan por las lipasas (enzimas) para dar sus componentes, y estos a través de varias reacciones redox se descomponen en dióxido de carbono, agua y energía. Dan más energía que los hidratos de carbono porque están menos oxidados que estos y por lo tanto se pueden oxidar más. Determinación del número de dobles enlaces La iodina se puede utilizar para determinar el número de dobles enlaces ya que un mol de esta substancia reacciona con un mol de dobles enlaces, además, al estar coloreada ella misma puede actuar de indicador en la reacción. El papel de los lípidos en el cuerpo -Almacenaje de energía -Aislamiento y protección de órganos -Hormonas esteroides. -Formación de las membranas celulares

18. MICRO- Y MACRO-NUTRIENTES • Micro-nutrientes • cantidades muy pequeñas • vitaminas y minerales (Fe, Cu, F, Zn, I, Se, Mn, Mo, Cr, Co, B) • Macro-nutrientes • cantidades mayores (> 0,005 % masa corporal) • proteínas, grasas, carbohidratos y minerales (Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl) • MALNUTRICIÓN • Exceso o defecto de micro- y macro-nutrientes esenciales en la dieta • Deficiencias: anemia, beriberi, escorbuto, bocio, pelagra... • Dieta equilibrada: alimentos frescos, suplementos nutricionales

19. VITAMINAS • Liposolubles • Cadenas largas hidrocarbonadas apolares o anillos • Tejidos grasos del cuerpo • Vitaminas A,D, E, F y K • Hidrosolubles • Vitamina C y ocho vitaminas B • Hidrógeno unido a oxígeno y nitrógeno forma puentes con el agua • No se acumulan en el cuerpo

20. HORMONAS • Son moléculas producidas por glándulas endocrinas. • Actúan como mensajeros químicos y desempeñan funciones variadas. • Pueden ser de naturaleza lipídica (esteroides) o peptídica. A continuación desarrollaremos algunos ejemplos de hormonas importantes de ambos tipos.

21. Adrenalina • Es una hormona de naturaleza peptídica que se produce en las glándulas adrenales, dos pequeños órganos situados sobre los riñones. Es un estimulante estrechamente relacionado con las anfetaminas. Se libera en casos de excitación y produce una rápida dilatación de las pupilas y las vías respiratorias. También aumenta la velocidad de los latidos del corazón y la cantidad de azúcares liberados en el torrente sanguíneo, dando la oportunidad de actuar instantáneamente.

22. Tiroxina • La tiroxina, formada por la unión de varios aminoácidos, se produce en la glándula tiroides (situada en el cuello). Contiene yodo, una característica poco frecuente. Así y todo, la falta de yodo hace que la tiroides se hinche y produzca bocio. La tiroxina regula el metabolismo y los bajos niveles de esta hormona producen hipotiroidismo, con síntomas como fatiga, sensibilidad al frío o sequedad en la piel. Si la glándula tiroidea tiene mucha actividad, produce el efecto contrario. Se conoce como hipertiroidismo al trastorno con síntomas de ansiedad, pérdida de peso, intolerancia al calor y ojos saltones.

23. Insulina • Hormona de naturaleza peptídica formada en el páncreas, que se encarga de regular los niveles de azúcar en sangre. Los diabéticos tienen niveles de insulina bajos o nulos, lo que hace que la glucosa no se transfiera de la sangre a las células. Esto se conoce como hiperglucemia, y va acompañado de sed, pérdida de peso, fatiga, coma y problemas circulatorios. Las personas que lo sufren durante mucho tiempo pueden llegar a tener fallos renales, ceguera y pueden llegar a necesitar amputaciones por falta de circulación. Esta enfermedad se trata reduciendo la ingesta de azúcares e inyectándose insulina a diario. Demasiada insulina causa hipoglucemia, bajando el nivel de azúcar y provocando mareos y desmayos.

24. Hormonas sexuales • Todas las hormonas sexuales son esteroides. Los esteroides tienen una estructura característica con cuatro anillos, adquirida de la molécula básica a partir de la que se desarrollan: el colesterol, formado en el hígado y contenido en todos los tejidos. Las hormonas sexuales masculinas se producen en los testículos. Las más importantes son la testosterona y la androsterona. Ambas son anabólicas (fomentan el crecimiento de músculos, huesos, etc.) y androgénicas (forman los caracteres sexuales masculinos. Las hormonas sexuales femeninas son muy similares en su estructura, y se diferencian de las masculinas en pequeños cambios en los grupos funcionales adjuntos al armazón esteroide. Se producen en los ovarios desde la pubertad hasta la menopausia y las fundamentales son el estradiol y la progesterona. Son responsables del desarrollo sexual y de los ciclos menstruales en las mujeres.

25. Aplicaciones de las hormonas sexuales • Anabolizantes. Tienen estructuras similares a la testosterona, y desarrollan los músculos • Anticonceptivos orales. La “píldora” más común contiene una mezcla de estradiol y progesterona e imita el embarazo manteniendo las hormonas en niveles altos, haciendo que no se liberen más óvulos. Es frecuente tomar la píldora durante 21 días y después un placebo durante 7 creando un periodo suave (de niveles hormonales), pero sin el riesgo de que disminuya la cantidad de hormonas permitiendo la liberación de un nuevo óvulo. El estradiol y la progesterona suelen administrarse también a mujeres que han pasado la menopausia, para prevenir el debilitamiento de sus huesos (osteoporosis).