El Gran Laboratorio CF Nº 67

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 67

Bioquímica, la química de la vida.
Vías que conducen la salud

Con el avance de la investigación científica la biología y la química biológica prácticamente se han unificado. El cuerpo humano ya dejo de ser una incógnita y el estudio de las diferentes reacciones que en él se producen, la conexión entre las mismas y los avances en los estudios de genética, iluminan el conocimiento de determinadas enfermedades que hasta ahora se desconocían. La medicina recibe el aporte de estas investigaciones y así se facilita el diagnóstico y hasta el tratamiento con mayor precisión.

Las diferentes vías metabólicas que mantienen la vida se nutren de las moléculas de los alimentos. Una vez producida la digestión y transformadas en moléculas sencillas éstas se absorben en el intestino delgado. Las vías anfibólicas actúan como enlace entre las vías catabólicas y anabólicas. Mientras el catabolismo transforma a las diferentes moléculas de alimento en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), liberando energía que el organismo la acumula como ATP (Adenosina trifosfato). El anabolismo utiliza esa energía liberada para sintetizar sustancias que le son necesarias al organismo vivo y con ella se fabrican carbohidratos, lípidos simples y complejos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos, y todo lo que se necesita para ir manteniendo al cuerpo con vida y salud. Hay determinadas sustancias que el organismo no puede sintetizar y son muy necesarias para mantener la vida sana, de modo que el ingreso de las mismas se produce sólo con la alimentación, esas son sustancias que reciben el nombre de esenciales (ver notas d nutrición). Una alimentación deficiente provoca enfermedades metabólicas ya que el metabolismo se inicia con las moléculas provenientes de los alimentos.

¡Ese dulce sabor que da vida!

Los carbohidratos, glúcidos o azúcares son moléculas que forman parte de diferentes alimentos como por ejemplo:
· Cereales y sus derivados como:
Harinas y subproductos como:
Fideos.
Pastas.
Pizzas.
Tortas.
Tartas.
Galletitas.
Otros que no son netamente farináceos pero que poseen el agregado de harinas en su preparación
· Miel producto natural elaborado por las abejas que posee azúcar invertida (predigerida por el insecto).
· Azúcar de caña o de remolacha y los comestibles en que esta se incorpora.
1. Dulces y golosinas y derivados ya que tienen azúcares incorporados por su tecnología de elaboración.
2. Gaseosas.
3. Licores.
4. Otros.

Estos alimentos ingresan por la boca (ver nota recorrido del alimento) y allí comienzan a digerirse, su degradación química continúa en el estómago hasta el intestino, de modo que las moléculas que los conforman se transforman de complejas a simples. La última molécula resultante es la glucosa (C6H12O6), combustible común de todos los seres vivos.
La vía que degrada a la glucosa a moléculas más pequeñas (metabolitos) se llama vía de la glucólisis que se produce en el citosol celular (medio acuoso donde encontramos los diferentes órganos). Si esta degradación se produce en presencia de oxígeno (aeróbica), el producto final es el piruvato (CH3COCO.O-) y si la reacción se produce en ausencia (anaeróbica) se forma el lactato (CH3CH.OHCOO-) (ver: Ampliemos el vocabulario). Este último con oxígeno se transforma en acetil_CoA (acetilcoenzima A) (CH3CO S-CoA) (ver: Ampliemos el vocabulario) que a su vez entra en un ciclo metabólico que se lo llama ciclo del ácido cítrico que se produce en las mitocondrias (ver: Ampliemos el vocabulario) donde allí se degrada a las últimas sustancias que son el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) generando gran cantidad de energía que se acumula como ATP (ver: Ampliemos el vocabulario).
Además de ser el combustible principal de los mamíferos, la glucosa, junto con sus subproductos de degradación (metabolitos) interviene en otros ciclos metabólicos
Como ser:
Ciclo de almacenamiento de reserva en forma de un polisacárido llamado glucógeno (glucogenogénisis) (ver: Ampliemos el vocabulario). Este proceso se de en músculo esquelético y en hígado y en pequeñas cantidades en el cerebro.
La vía de pentosa fosfato que produce hidrógeno atómico para la biosíntesis de ácidos grasos (ver: Ampliemos el vocabulario) y también fabrica ribosa (ver Ampliemos el vocabulario) que es el azúcar que interviene en la formación de nucleótidos y ácidos nucleicos.
La triosa fosfato que es otro de los metabolitos de la glucólisis dará origen al glicerol que formara parte de las grasas
El piruvato y otras moléculas del ciclo del ácido cítrico proporcionará el material para la síntesis de aminoácidos y acetil CoA que a su vez ayudarán a la fabricación de ácidos grasos de cadena larga y colesterol que es la molécula precursora de todos los esteroides (ver: Ampliemos el vocabulario) que sintetiza el organismo vivo.

Ampliemos el vocabulario
El piruvato y el lactato
Si observamos los átomos que conforman las moléculas de estos compuestos podemos deducir que son producto de la ruptura de la glucosa en dos partes.
Acetil_CoA
Es una molécula muy importante en el metabolismo, el término Co A significa coenzima A. (ver notas de enzimas).
Su molécula consta de ATP y de vitamina B5 unido a un Azufre (S) que a su vez un grupo acetilo (CH3CO-) unido al mismo. Interviene en más de una vía metabólica.
Ciclo del ácido cítrico.
Este es el llamado ciclo de Krebs que forma parte de la respiración de todos las células que lo hacen en presencia de oxigeno.
ATP
Adenosina tri fosfato, es la molécula clave portadora de energía química.
La liberación de los grupos fosfato de la misma generan energía.
El producto que se forma cuando esta molécula libera un grupo fosfato se llama ADP (adenosina di fosfato) y si pierde dos de ellos se llama AMP (adenosina mono fosfato)
Glucógeno
Polisacárido formado por cadenas de glucosas ramificadas, que tiene la finalidad de constituirse de reserva para ser utilizado por el organismo en los momentos en que se requiere de energía extra.
Ácidos grasos
Son moléculas de carácter ácido que pasarán a formar parte de la grasa de los organismos vivos, son tan necesarias no sólo como reserva energética sino para protección de los diferentes órganos vitales.
Ribosa.
Azúcar cuya molécula posee cinco carbonos (pentosa) que constituye al ADN (ácido desoxiribonucleico) y al ARN (ácido ribonucleico) muy conocidos como los mensajeros de la herencia. La partícula Ribo se refiere a la ribosa que posee la molécula
Esteroides
Son importantes compuestos que tienen amplias funciones, una de las cuales es la estructural ya que forman parte de la membrana celular junto con los fosfolípidos, también poseen funciones hormonales ya que son los constituyentes principales de determinadas hormonas, como los corticoides, las hormonas sexuales tanto masculinas como femeninas, la vitamina D y sus derivados, también son reguladores de los niveles salinos en el organismo.

El gran laboratorio funciona con este importante combustible llamado, glucosa que se degrada por la vía de la glucólisis. Una sana alimentación provee las sustancias necesarias para que todo este proceso químico se mantenga estable y desarrollemos una vida sana.
La educación en alimentación nos asegura el estado de salud

El gran Laboratorio CF Nº 66

Autora:María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 66

Bioquímica, la química de la vida.
El Gran Laboratorio
Repetidas veces en notas anteriores hemos mencionado al Gran laboratorio cuando nos referíamos al cuerpo humano. Si quisiéramos construir un laboratorio que reemplazase las reacciones químicas que se realizan en cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo seria imposible lograrlo y en el caso de que pudiésemos hacerlo ocuparía una enorme superficie del planeta, por eso lo llamamos Gran Laboratorio.

El conjunto de reacciones químicas biológicas que se producen dentro de un organismo vivo constituyen su metabolismo.
Cuanto más complejo es el ser, más complicadas son las reacciones que se dan en él, pero básicamente todos los organismos vivos desde el unicelular hasta el hombre tienen una serie de vías metabólicas similares, ya que la naturaleza ha dotado a los componentes del bioma de funciones básicas elementales que les son comunes.
Las investigaciones sobre los procesos metabólicos han sido largas y complicadas, uno de los primeros estudios fue observar el comportamiento de las levaduras en la transformación de la glucosa (C6H12O6) en dióxido de carbono (CO2) y alcohol etílico (CH3CH2OH) y los balances de energía y materia que esta reacción tenia

¿Cuál es la finalidad de estas reacciones químicas?
A través de estas reacciones químicas se degradan sustancias (catabolismo) como por ejemplo las moléculas que aportan los diferentes alimentos que ingerimos y se obtienen otras (anabolismo). A su vez todos estos procesos proveen la energía necesaria para que el organismo pueda sostener todas sus funciones vitales.
Como sabemos por notas anteriores, los alimentos están formados por moléculas que deben ser degradados en otras más simples para que puedan ser asimilados, y a su vez el cuerpo humano biosintetiza aquellas que le son necesarias, algunas de estas reacciones liberan energía (exergónicas) y otras necesitan de energía para que se produzcan (endergónicas).
Se llama metabolismo basal a la cantidad necesaria de energía que el ser humano necesita para mantenerse vivo, es decir:
Para que su corazón siga funcionando.
Para respirar.
Mantener los impulsos nerviosos.
Mantener la constancia de los fluidos corporales.
Mantener la temperatura corporal.
Un adulto joven y varón necesita 1600 Kcal por día para mantener su metabolismo basal, la mujer necesita un 10 por ciento menos. Esto significa que requiere de 1600 calorías el solo hecho de permanecer en la cama, sin moverse y sin comer.
Por supuesto que la energía total que se necesita para el desarrollo las actividades diarias en diferentes personas, variará de una a otra de acuerdo a la edad, al sexo, al peso, las proporciones corporales y el tipo de vida que desarrolle. Los diferentes trabajos requieren de diferentes cantidades de energía.
El aumento de temperatura corporal hace que se aceleren las reacciones químicas de nuestro organismo, de modo, que se requerirá mucha más calorías para ello, es por esto que luego de un proceso febril en general se produce una baja del peso corporal.
Para poner en funcionamiento el aparato digestivo se requieren 200 Kcal, por ello comiendo poca cantidad, repetidas veces al día, se adelgaza, porque se gasta más energía en la función digestiva, que la repuesta en la alimentación.

El metabolismo está compuesto por una serie de reacciones que reciben el nombre de vías metabólicas, estas se dan de diferentes formas:
Lineales
A = B = C = D = E = F
Observemos que A es la molécula inicial o reactivo que da como producto final F mediante una secuencia lineal.
A su vez el producto de la primera reacción se transforma en el reactivo de la segunda y así sucesivamente.
Ramificadas
A = B
B = C = D =E
B = M = N = R
Observemos que del producto B salen dos cadenas, que son las ramificaciones..
Reversibles
Si las reacciones se dan en ambos sentidos, de derecha a izquierda y de izquierda a derecha, la cadena metabólica se puede recorrer también en ambos sentidos.
Irreversibles
Las reacciones se dan en un solo sentido es decir es difícil volver al reactivo inicial y para ello es necesario usar otro camino.
Ciclos
A = B = C =D =E =A
Vemos que E vuelve a generar A de modo que se realiza un circuito
Ciclos interconectados
A = B = C = D = E = A

M = F = G = C = J =L = M
Vemos que estos dos ciclos tienen un elementos en común C que es el que interconecta a ambos.
Reacciones en cascada
En este tipo de reacciones el producto de la primera reacción es el activador de la segunda y a su vez este lo es de la tercera y así sucesivamente..
Lo podemos simbolizar:
A = B
M = N Activado por B
S = P activado por N
Y = V activado por P
Este tipo de reacciones se necesitan cuando se requiere gran velocidad en la fabricación de determinados productos como en el caso de la coagulación sanguínea.
A su vez en todos estos tipos de vías entran y salen moléculas como reactivos o productos que a su vez interconectan vías.
La relación entre las diferentes reacciones del metabolismo, es necesaria para que haya equilibrio, de modo que la alteración de alguno de los sistemas, influye en todo el metabolismo.
Las vías metabólicas se clasifican en:
Catabólicas
Las moléculas iniciales son reducidas a moléculas más simples.
Estas vías son oxidativas y en general liberan energía, es decir que son exergónicas. La energía liberada es conservada en forma de ATP (adenosin tri Fosfato)
Anabólicas
Forman moléculas más complejas que las iniciales y en general necesitan energía que la obtienen de la hidrólisis del ATP, es decir que son endergónicas y su carácter es reductivo compensándose así con las vías catabólicas
Vías anfibólicas
Estas vías funcionan como anabólicas y catabólicas según sea la necesidad.

Todas las vías metabólicas se aceleran, desaceleran y regulan mediante la participación de las diferentes enzimas (ver notas anteriores). Estas están distribuidas en todos los tejidos del organismo y ubicadas en los lugares estratégicos para que su funcionamiento sea eficiente en el momento en que se las requiera, de modo que estén a disposición rápidamente en la concentración y la posición correcta para poder participar y así asegurar la continuidad de las diferentes reacciones.

Un ser vivo permanentemente esta degradando y sintetizando nuevas sustancias, así el anabolismo y el catabolismo se encuentran en equilibrio. Se produce un balance continuo de energía y materia, y se mantiene el estado de salud, por ello es necesario llevar una dieta equilibrada. El desequilibrio en la alimentación no permite que el Gran Laboratorio funcione adecuadamente, dando lugar a la enfermedad por déficit o por exceso y perjudicando a todos y cada uno de los sistemas.

Hablemos de Enzimas V CF Nº 65

Autora:María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 65

Bioquímica, la química de la vida.
Hablemos de Enzimas V

Profundizando en la función de estas importantes moléculas bioquímicas podemos llegar a la conclusión que nuestra salud depende en parte del buen funcionamiento de las mismas.

Para que las enzimas funciones correctamente es necesario:

Poseer una carga genética adecuada que garantice que nuestro organismo las fabrique con la estructura correcta ya que un pequeño cambio en su conformación modifica enormemente su función.
Aportar los nutrientes para que el Gran Laboratorio pueda fabricar y seguir manteniendo sus funciones biológicas. Una alimentación pobre no proveería las sustancias que necesitamos para elaborarlas, y una alimentación con excesos o inadecuada podría modificar cadenas metabólicas y entorpecer su funcionamiento.
Evitar el alcoholismo, la drogadicción, la contaminación atmosférica, la contaminación de los suelos y del agua ya que todo ello introduce en el organismo vivo, moléculas extrañas y no esenciales para la vida que entorpecen o inhiben la actividad. Biológica enzimatica, en consecuencias generan cambios o bloquean sus funciones específicas. Muchas moléculas pueden actuar como inhibidores irreversibles y anular las funciones de determinadas enzimas.
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Las diferentes cadenas metabólicas se abastecen de sustancias endógenas (provenientes del interior) que son fabricadas por el propio organismo y se requiere de determinadas moléculas exógenas (provenientes del exterior) que debemos incorporar a través de la alimentación, éstas son las sustancias esenciales como los minerales, las vitaminas, determinados aminoácidos, que el organismo no las puede elaborar por sí solo, pero las necesita para funcionar correctamente, de todas ellas hemos hablado en notas anteriores, de modo que una buena alimentación es la clave de una buena salud.
Las enzimas que son esencialmente proteínas con funciones especificas, se distribuyen por todo el ser vivo y son las encargadas de regular las velocidades de las cadenas metabólicas que se producen en cada uno de los tejidos.
A través de la investigación bioquímica se ha demostrado que existen diferentes proteínas, con semejantes propiedades enzimáticas, estas reciben el nombre de isozimas o isoenzimas cuya posibilidad de existencia confiere una gran eficiencia al momento de actuar ya que en cada órgano fabrica la forma más adecuada para su buen funcionamiento.
La determinación de la concentración plasmática de enzimas en Análisis Clínicos de laboratorio ayuda al diagnóstico de algunas enfermedades, para poder especificar cuál es el órgano enfermo y la medida del daño celular que éste posee.
Para el infarto de miocardio y la hepatitis el dosaje de la concentración de enzimas en plasma es de gran utilidad ya que su aumento da una idea del deterioro del órgano dañado y de la intensidad de este daño.
Hay de enfermedades genéticas que se producen por la incapacidad que tiene el organismo para sintetizar determinadas enzimas, estudiando la actividad enzimática de ciertos tejidos y en sangre se pueden detectar este tipo de defectos.

Es necesario que conozcamos como funciona nuestra bioquímica para tomar conciencia de la importancia de una buena alimentación. Aquel que desconoce comete excesos por ignorancia. La educación en Ciencias se deberá encarar para formar gente más sana y consciente de sus responsabilidades.

Hablemos de Enzimas IV CF Nº 64

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 64

Bioquímica, la química de la vida.
Hablemos de Enzimas IV

La forma (estructura) de las enzimas es importantísima para que estas funcionen bien, cualquier cambio de la conformación puede alterar su actividad. Hay un gran número de enfermedades que tienen su origen en la deformación enzimática que proviene de alteraciones en el código genético encargado de sintetizarlas, o bien de sustancias que modifican su actividad.

Como ya hablamos en notas anteriores las enzimas son catalizadores biológicos sin los cuales la vida sería imposible ya que las reacciones bioquímicas metabólicas se producen sólo con la presencia de estas importantes moléculas.
Se llama actividad enzimática a la cantidad de producto formado en un determinado tiempo o bien a la cantidad de sustrato consumido en un determinado tiempo. Esta actividad esta relacionada con la cantidad de enzima que hay presente y ésta se expresa en Unidades Internacionales (UI), siendo dicha unidad aquella que cataliza 1/1000000 de moles ( 602000 trillones de moléculas) o sea netamente 602000 billones de moléculas de sustrato por minuto. Otra unidad de expresión es el Katal que es la unidad que indica que se catalizan 602000 trillones de moléculas de sustrato (1 mol) por segundo. La concentración de enzima presente se suele expresar en UI por ml (UI/cm3).

¿Qué factores modifican su actividad?
Estos son:
La cantidad de enzima presente.
La cantidad de sustrato.
La temperatura.
La acidez del medio (pH).
La presencia de determinadas sustancias.
Existen sustancias que se unen a los sitios activos de la enzima y modifican su actividad recibiendo el nombre de inhibidores. Los que producen cambios permanentes de modo que la molécula de la enzima no recupera nunca su actividad normal, se denominan inhibidores irreversibles y los reversibles son los que producen cambios transitorios y pueden ser:
Competitivos que tiene la forma semejante a la del sustrato y compite con el mismo para ubicarse en el sitio activo y otros que no poseen la estructura semejante pero también tiene la facilidad de unirse al sitio activo. Generalmente tienen aplicación farmacológica.
No competitivos que no se unen al sitio activo sino que lo hacen a otro sitio de la molécula y provocan en la misma una deformación que hace que ésta no pueda cumplir con su función especifica.
Anticompetitivos son los que se unen al complejo activado que forma la enzima con el sustrato y producen un compuesto inactivo que no resulta ser el producto efectivo.

Entre sí regulan su actividad
Las cadenas metabólicas son una serie de reacciones químicas a través de las cuales se producen las transformaciones de determinadas moléculas. Nuestro organismo funciona como un gran laboratorio a expensas de las diferentes cadenas metabólicas que generan los productos necesarios para mantener al cuerpo sano.
Podemos representarlas simbólicamente de la siguiente forma:
A + E1 = B + E2 = C +E3 = D + E4 = F +E5 = G
Vemos que el producto de la primera reacción es sustrato de la enzima siguiente y así sucesivamente. En cada reacción hay enzimas específicas que regulan su actividad según las diferentes necesidades.
La enzima que cataliza la primera reacción (E1) es la reguladora de la cadena ya que las otras modifican su actividad según el sustrato que proviene de la primera reacción.
Se llama enzima alostérica (otro sitio) aquella que es inhibida por el producto final (G), que reduce la actividad de la E1 y la vía se autorregula. En este tipo de enzimas existen sitios reguladores en donde se une el sustrato inhibidor o estimulador (moduladores negativos o positivos) para deformarla, de modo que el sitio activo no se encuentra disponible para unirse con A o se favorezca la unión si es estimulador. A veces sobre una enzima actúan varios moduladores en sentidos diferentes y según la acción resultante se inhibe o estimula la actividad según la necesidad del momento.
Clasificación según su concentración
La cantidad de enzima en una célula esta regulada por la formación y degradación de la misma. Mientras la velocidad de ambos procesos sea semejante y la concentración de estas enzimas se mantenga constante, se denominan enzimas constitutivas.
Hay otras, las inducibles, cuya cantidad aumenta o disminuye según el requerimiento de las mismas y la presencia de determinados sustratos estimula su aparición formando lo que se llama novo enzima.

Estas importantes moléculas forman parte del sutil equilibrio que nos sostiene vivos y sanos, es nuestro deber conocer al gran laboratorio porque somos los responsables de mantenerlo funcionando a través de una vida equilibrada y una buena alimentación.
Los excesos o las carencias alteran el equilibrio y el cuerpo sabiamente se defiende, pero para ello se modifican cadenas metabólicas y así todo el funcionamiento bioquímico, de modo que se altera el estado de salud.
Es importante conocer, para ser consciente de la responsabilidad que nos incumbe.
Somos el producto de nuestro actuar