bioquímica1
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BIOQUÍMICA
CARBOHIDRATOS O HIDRATOS DE CARBONO
DEFINICIÓN, NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN.
A los glúcidos o hidratos de carbono pertenecen sustancias ampliamente difundidas en la
naturaleza, como los distintos azucares, la fécula o almidón y la celulosa. Se encuentran en
todos los seres vivos y son un componente fundamental del sistema ecológico, ya que las
plantas verdes y otros organismos fotosintéticos utilizan la energía solar para incorporar
bióxido de carbono (CO2) a moléculas de carbohidratos.
Desde el punto de vista químico, los carbohidratos se definen como polihidroxialdehidos o
cetonas y sus respectivos derivados. Los compuestos más sencillos responde a la formula
empírica .CnH2nOn, por lo que de manera esquemática se componen de carbono y agua (C +
H2O). Por esta razón K. Schmid creó en 1844 la denominación de hidrato de carbono.
CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS.
El termino carbohidrato surgió por que los azucares tienen fórmulas moleculares interesantes,
Cn(H2O)n, que indican que los átomos de carbono están combinados con moléculas de agua de
alguna forma. En efecto, la mayor parte de los azucares simples tienen la fórmula empírica
C(H2O) y por ellos se les dio el nombre de hidratos de carbono o carbohidratos, La definición
moderna comprende los polihidroxialdehidos, polihidroxicetonas y compuestos que por
hidrólisis los forman.
Los monosacáridos o azucares simples son carbohidratos que no se pueden hidrolizar a
compuestos más sencillos. La figura muestra las proyecciones de Fischer que representan los
monosacáridos glucosa y fructosa. La glucosa es un polihidroxialdehido, mientras que la
fructosa es un polihidroxicetona. Los polihidroxialdehidos se llaman aldosas (ald por aldehido,
y osa por el sufijo correspondiente a azúcar), y a las polihidroxicetonas se les llama catosas (cet
por cetona, osa por azúcar).
CHO CHO CH2OH CH2OH
H C OH H OH C = O C = O
HO C H HO H HO C H HO H
H C OH ó H OH H C OH ó H OH
H C OH H OH H C OH H OH
CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH
Glucosa fructosa
La glucosa y la fructosa son ejemplos de monosacáridos. La glucosa es una aldosa (azúcar con un grupo aldehído) y la fructosa es una cetosa
(azúcar con un grupo cetona). Las estructuras de los carbohidratos se representan por lo común empleado proyecciones de Fischer.
Se han empleado las proyecciones de Fischer para representar las estructuras de la glucosa y la
fructosa debido a que muestran en forma conveniente la estereoquímica en cada uno de los
átomos de carbón quirales.
Un disacárido es un azúcar que se puede hidrolizar para dar dos monosacáridos. Por ejemplo,
la sacarosa (azúcar común) es un disacárido que se hidroliza fácilmente formando una
molécula de glucosa y una de fructosa.
H3O+
1 sacarosa ----------- 1 glucosa + 1 fructosa
calor
Tanto los monosacáridos como los disacáridos son muy solubles en agua, y la mayor parte de
ellos tienen sabor dulce característico que se asocia con los azucares.
Los polisacáridos son carbohidratos que se pueden hidrolizar para formar muchas unidades de
monosacáridos. Los polisacáridos son polímetros naturales (biopolímeros) de los
carbohidratos. Así como el hombre emplea los polímetros sintéticos como materiales
estructurales, las plantas usan al polisacárido celulosa como material estructural. El almidón es
un biopolímero cuyas unidades de carbohidratos se agregan fácilmente para almacenar energía,
o se descomponen para dar energía a las células. Tanto el almidón como la celulosa son
biopolímeros de la glucosa, y la hidrólisis de cualquiera de estas grandes moléculas produce
muchas moléculas de glucosa.
H3O+
Almidón------------ más de 1000 glucosas
Calor
H3O+
Celulosa ---------- más de 1000 glucosas
Calor
CLASIFICACIÓN DE LOS MONOSACARIDOS.
La mayor parte de los azucares tienen sus nombres propios específicos como glucosa,
galactosa y manosa. Estos nombres no son sistemáticos, aunque hay formas sencillas de
recordar las estructuras comunes. Se simplifica el estudio de los monosacáridos agrupando las
estructuras semejantes. Esta clasificación se hace de acuerdo con tres criterios:
1. Si el azúcar contiene un grupo cetona o un grupo aldehído.
2. El número de átomos de carbono en la cadena.
3. La configuración estereoquímica del átomo de carbono quiral más alejado del grupo
carbonilo.
Como se ha visto, los azucares con grupos aldehído se llaman adosas, y las que tienen
grupos cetónicos se llaman cetosas. El número de átomos de carbono en los azucares es
generalmente de tres a siete, y se designan por los términos triosa (tres carbonos), tetrosa
(cuatro carbonos), pentosas(cinco carbonos), hexosas(seis carbonos), y heptosa(siete
carbonos). Con frecuencia se combinan los dos grupos de términos. Por ejemplo, la glucosa
tiene un aldehido y contiene seis átomos de carbono, y por lo tanto, es una aldohexosa. La
fructosa contiene también seis átomos de carbono, pero es una cetosa, y por lo tanto se llama
cetohexosa.
CHO CH2OH
CHOH C= O
CHOH CHOH CHO CH2OH
CHOH CHOH CHOH C = O
CHOH CHOH CHOH CHOH
CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH
Aldohexosa cetohexosa aldotetrosa cetotetrosa
Los azucares sencillos son químicamente polihidróxialdehido o polihidróxicetonas, por lo que
pueden considerarse como productos de oxidación de alcoholes polivalentes en los que una
función alcohólica primaria o secundaria se transforma en grupo carbonilo.
El ejemplo más sencillo del alcohol divalente es el glicol; por oxidación de uno de los dos
grupos CH2OH se origina el aldehído glicólico, que pueden considerarse, por consiguiente,
como el hidrato de carbono más sencillo:
CH2OH CH2OH
+ O C = O + H2O
CH2OH H
Glicol Aldehido Glicólico
Los carbohidratos están ampliamente distribuidos en la naturaleza tanto en el reino animal
como vegetal en los vegetales se producen mediante fotosíntesis, por ejemplo, féculas o
almidón, y la celulosa.
En los animales se producen mediante reacciones metabólicas aeróbicas, en los vegetales son
almacenes de energía, y en los animales desempeñan funciones específicas en los procesos
vitales.
La glicerina alcohol trivalente, puede transformarse por oxidación en aldehido glicerico o en
una cetona, la dihidroxicetona, según la oxidación se verifique en uno de los átomos de
carbono extremos o en el átomo de carbono central.
CH2OH CH2OH
C = O + H2O
CHOH+ O CH2O Dihidroxicetona
H
CH2OH C = O
CHOH + H2O
CH2OH Aldehido glicerico
Son polihidroxialdehidos y polihidroxicetonos.
De estos hidratos de carbono sencillos, denominados monosacáridos, se derivan los hidratos de
carbono complejos, como ya habíamos dicho en la definición.
CH2OH – CHOH - CHOH – CHOH – CHOH – CHO. Glucosa
Si se unen dos moléculas de una hexosa con eliminación de agua se produce un disacárido
según la ecuación:
2C6H12O6 ---------------- H2O + C12H22O11
Monosacárido agua disacarido
Los carbohidratos son azucares reductores pues reducen los reactivos de Fehling o Benedic.
Todos los monosacáridos sean estos aldosas o cetosas son azucares reductoras la mayoría de
disacáridos a excepción de la sacarosa.
ESTRUCTURAS CICLICAS DE LOS MONSACARIDOS.
Forma de hemiacetal cíclico de la glucosa. Las aldosas contienen un grupo aldehido y varios
grupos hidroxilo. La forma cristalina y sólida es una aldosa es normalmente un hemicetal
cíclico. En solución, la aldosa existe como mezcla en equilibrio del hemicetal cíclico con la
forma de cadena abierta. Para la mayor parte de azucares, el equilibrio favorece al hemicetal
cíclico.
Las aldohexosas típicas como la glucosa, forman anillos de seis miembros, con un enlace de
hemicetal entre el carbono del aldehído y el grupo hidroxilo en C5. La figura muestra la
formación de hemicetal cíclico de la glucosa. Note que el hemicetal tiene un nuevo átomo de
carbono quiral en C1. La figura muestra el grupo hidroxilo en C1 hacia arriba, pero otro
estereoisomero posible del producto tiene este grupo hidroxilo en C1 hacia abajo.
HEMICETAL CÍCLICO DE CINCO MIEMBROS DE LA FRUCTOSA.No todos los azucares
forman anillos de seis miembros en sus formas de hemicetal. Muchas aldopentosas y
cetohexosas forman anillos de cinco miembros. El anillo de cinco miembros de la fructosa se
muestra en la figura. Estos anillos no están tan plegados como los de seis miembros, de modo
que por lo general se muestran como proyecciones de WORTH. Note que el anillo de cinco
miembros se representa con el oxígeno del anillo hacia atrás y el carbono del hemicetal (el está
enlazado a dos oxígenos) a la derecha. El grupo -CH2OH en la parte izquierda trasera (C6)
está en posición hacia arriba para la serie D de cetohexosas.
POLISACARIDOS: Son compuestos constituidos por muchas unidades de monosacáridos por
cientos y aún miles de ellos. Estas unidades se mantienen unidos por enlaces glicósidicos que
se pueden romper por hidrólisis al igual que los disacáridos. Estas sustancias se diferencian en
muchos aspectos de los azucares.
Se encuentran tanto en el reino vegetal como animal, como materiales de reserva o toman parte
en la estructura de los tejidos.
Entre los polisacáridos más importantes consideramos el almidón, la celulosa, las gomas, la
inulina de los tubérculos, el glucógeno representa el hidrato de carbono de reserva de los
animales.
El almidón es el hidrato de carbono de reserva más importante de los vegetales. Se halla en
forma de gránulos de tamaño y forma característica de la planta del cual se obtiene.
Cuando los granos están intactos es insoluble en agua fría, si se rompe la membrana externa la
ser molida estos gránulos se hinchan en agua fría y forman un gel.
El almidón se encuentra formado generalmente por 20% de una fracción soluble en agua,
llamada amilasa, es un polisacarido constituido de moléculas de glucosa unidas mediante
enlace alfa 1, 4 glucosidicos. Y un 80% de una sustancia insoluble llamada amilopectina.
También es un polisacárido de glucosa pero en este las moléculas se unen mediante enlace alfa
1, 4 para el esqueleto lineal y alfa 1,6 para las ramificaciones.
GLUCOGENO: Es importante desde el punto de vista fisiológico, constituye el hidrato de
carbono de reserva de los animales, presenta gran semejanza con el almidón en cuanto a su
comportamiento químico. Se encuentran principalmente en el hígado, en los músculos y, en
pequeñas cantidades en todas las células del organismo. Por hidrólisis total se descompone,
como el almidón en D-glucosa.
En el glucógeno, como en el almidón, las moléculas de glucosa están ordenadas en forma de
cadena, y el átomo de carbono glucosídico está siempre unido al cuarto átomo de carbono de la
molécula siguiente, como se indica en el esquema.
O
LA CELULOSA: Es un constituyente importante del organismo vegetal, pues las paredes de
las células vegetales se componen casi exclusivamente de ellas, específicamente en las fases
más jóvenes.
Como materia alimenticia sólo tienen importancia en los herbívoros. Por el contrario
desempeña un papel importantísimo como fibra textil (algodón).
Por hidrólisis total se descompone en glucosa. Mediante métodos adecuados de degradación
puede obtenerse el disacárido celobiosa.
La cadena fundamental de moléculas de glucosa que sirve de base a la celulosa da la siguiente
imagen esquemática. La configuración B de la glucosa ocasiona que las moléculas sucesivas de
glucosa giradas 180º una respecto a la otra.
LA INULINA: Por hidrólisis, proporciona exclusivamente fructuosa. Se presenta en muchas
plantas como hidrato de carbono de reserva (raíces de achicoria, énula, tubérculos del
topinambo)
PECTINA, HEMICELULOSA, LIGNINA, GOMAS Y MUCILAGOS VEGETALES.
PECTINA: Las pectinas están formadas de ácidos galacturónicos, cuyas moléculas están
unidas probablemente, por enlaces alfa galactosidicos, como se indica en la fórmula que sigue.
Los grupos carboxilos están esterificados parcialmente por metilos. El compuesto libre de
metilos se denomina ácido pectínico. Las pectinas se encuentran muy extendidas en plantas y
frutos.
COO(CH3) COO(CH3)
COO(CH3) COO(CH3)
Las pectinas naturales son mezclas de ácido poligalacturonico (galacturonano) con poliosidos
de arabinosa o galactosa (arbanos, galactanos).
HEMICELULOSA: Son las sustancias que pueden obtenerse de las partes lignificadas de los
vegetales mediante tratamiento con álcalis diluidos. Contienen como constituyente
característico un ácido urónico.
LIGNINA: En las partes leñosas de los vegetales la celulosa va acompañada de lignina cuya
estructura no es conocida en detalle. Se trata de una sustancia de peso molecular elevado que
tiene por base, probablemente, la agrupación atómica del fenilpropano.
La gran cantidad de de derivados del benzol que existe en la orina de los herbívoros puede
atribuirse a la lignina ingerida.
GOMAS Y MUCÍLAGOS: Muchas plantas producen gomas y mucilagos, que están formadas,
fundamentalmente por hidratos de carbono polímeros. Como constituyentes tienen
generalmente un ácido urónico (Galacturónico, monurónico) junto a hexosas (Galactosa,
manosa), pentosas (xilosa, arabinosa) y metilpentosas (ramnosa, mucosa).
MUCOPOLISACARIDOS: Bajo esta denominación comprenden un gran número de
sustancias de elevado peso molecular, que contienen como constituyentes junto a
monosacáridos, aminosas y ácidos urónicos.
C-C-C-
A los mucopolisacáridos pertenecen sustancias de gran interés biológico como la heparina, las
sustancias de los grupos sanguíneos, ciertos polisacáridos bacterianos, etc. Solo citaremos
algunos ejemplos. Los mucopolisacaridos están en su mayoría íntimamente relacionados con
las proteínas, formando compuestos con estas últimas que se llaman mucoides
QUITINA. Forma el esqueleto de los insectos y crustáceos y se presenta también en hongos. Se
compone de cadenas formadas por restos de glucosalina.
UNIDAD II
GRASAS, ACIDOS GRASOS
Se llaman lípidos o sustancias insolubles en agua que pueden extraerse de los tejidos mediante
calor o disolventes orgánicos no polares (éter, cloroformo, hidrocarburos, etc).
CONSTITUYENTES
Se denominan grasas aquellos compuestos químicos que son esteres del alcohol trivalente,
glicerina con distintos ácidos grasos.
Las grasas se encuentran muy extendidas tanto en el reino vegetal como en el animal, así como
también el mineral ejemplo petróleo, tiene gran importancia como alimentos. Un conjunto de
órganos de los animales se caracteriza por su elevado contenido en grasas. En los vegetales, las
semillas son especialmente ricas en grasa.
La glicerina es un alcohol trivalente:
CH2OH – CHOH - CH2OH
Para facilitar su estudio, se ha dividido esta gran familia de compuestos en dos clases
principales: Lípidos complejos y lípidos simples.
Los lípidos complejos son aquellos que se hidrolizan con facilidad para formar constituyentes
más simples. La mayor parte de los lípidos complejos son esteres de ácidos carboxílicos de
cadena larga, los llamados ácidos grasos. Los dos grupos principales de ésteres de ácidos son
las ceras y los glicéridos. Las ceras son ésteres de alcoholes de cadena larga, y los glicéridos
son ésteres del glicerol.
Los lípidos simples son aquellos que no se hidrolizan con facilidad mediante ácido o base
acuosos. Con frecuencia, este nombre parece inadecuado porque muchos lípidos simples son
moléculas bastantes complejas. Se describirán tres grupos importantes de lípidos simples:
esteroides, prostaglandinas y terpenos.
Ejemplo de lípidos complejos
O
CH2-------O----- C---- (CH2)16CH3
O
CH -------O------C----- (CH2)16CH3
O
CH2 ------O----- C----- (CH2)16CH3
Triestearina una grasa
O
CH3(CH2)15----O----C---(CH2)14CH3
palmitato de cetilo, una cera
espacio para figura.
Los ácidos grasos de los triglicéridos comunes son en su gran mayoría ácidos
monocarboxilados de cadena recta y larga, de 12 a 20 átomos de carbono. La mayor parte de
los ácidos contienen número par de átomos de carbono, por que se derivan de unidades de
ácido acético, de dos carbonos. Algunos de los ácidos grasos comunes son saturados, mientras
que otros tienen uno o más elementos de saturación, por lo general, dobles enlaces carbono-
carbono. Las grasas naturales salvo pocas excepciones contienen exclusivamente ácidos grasos
de número par de átomos de carbono. El ácido de menor número de átomos de carbono
encontrado en las grasas (mantequilla) es el ácido butírico. Citamos algunas estructuras de
algunos ácidos grasos comunes que se derivan de grasas y aceites. Ejemplo.fal ta
Resumiendo, los ácidos grasos existentes en las grasas pueden clasificarse en dos grupos:
1. Ácidos grasos saturados de fórmula general C6H2nO2
2. Ácidos grasos no saturados, cuya cadena de átomos de carbono presentan uno o más
dobles enlaces.
De estos ácidos los más abundantes, es el palmítico y el esteárico.Los ácidos inferiores a la
serie son líquidos a temperatura ordinaria y los superiores sólidos.
Del grupo de ácidos no saturados el ácido oleico está muy extendido en las grasas vegetales y
animales.
Los ácidos linoleicos es el de mayor importancia, es constituyente de la alimentación de
animales superiores que no son capaces de sintetizarlos, por esto también se llama ácido graso
esencial.
ESTRUCTURA DE LAS GRASAS
Triglicéridos. Los triglicéridos son esteres de ácidos grasos con el triol glicerol, o glicerina.
Los glicéridos más comunes son los triglicéridos, en los cuales los tres grupos –OH del glicerol
se han eterificado con ácidos grasos. Por ejemplo, la triestearina es un componente de la grasa
de la carne en donde los tres grupos –OH del glicerol están eterificados con ácido esteárico,
CH3 (CH2)16COOH.
Cuando los triglicéridos son sólidos a temperatura ambiente se les llama grasas, y cundo son
líquidos se llama aceites. La mayor parte de los triglicéridos que se encuentran en los
mamíferos son grasas, como grasas de carne o manteca. Aunque esas grasas son sólidas a
temperatura ambiente, la temperatura de los organismos de sangre caliente las mantiene algo
fluidas para sus movimientos. En las plantas y animales de sangre fría, los triglicéridos son
aceites, como el aceite e maíz, o de pescado. Un pez necesita aceites líquidos y no grasas
sólidas, por que tendría dificultad para moverse si los triglicéridos se solidificaran en una
corriente fría.
Las grasas son combinaciones de tipo ester desdobladas hidrolíticamente. En esta hidrólisis se
producen sales alcalinas de los ácidos grasos que se denominan jabones, este proceso se
denomina Saponificación.
CH2 – O – CO –R CH2OH RCOONa
CH – O – CO –R + 3H2O= CHOH + RCOONa
CH2 – O – CO –R CH2OH R-COONa
Glicérido Glicerol Jabón
Bajo la influencia del aire (oxígeno) y de microorganismos tiene lugar la descomposición de
las grasas, adquiere un olor característico se enrancian este proceso se forman ácidos grasos
libres y otras sustancias volátiles (aldehídos y cetonas).
La composición es de gran importancia para su utilidad como alimento. En general las grasas
con un gran contenido de ácidos no saturados son más utilizadas y de más fácil digestión que
las grasas duras que contienen en su mayor parte ácidos saturados.
ESTRUCTURA QUÍMICA DE LAS GRASAS
Las grasas son compuestos que por su naturaleza química son esteres. Como componente ácido
monobásico de cadena lineal, los llamados ACIDOS GRASOS.
El componente alcohólico es la glicerina, que posee tres grupos hidroxilo (alcohol trivalente).
CH2OH CH2 – O – CO – (CH2)x – CH3 CH2 – O – CO – (CH2)x – CH3
CHOH CHOH CH – O – CO – (CH2)x – CH3
CH2OH CH2OH CH2OH
Glicerina Monoglicérido Diglicérido
CH2 – O – CO – (CH2) x – CH3
CH – O – CO – (CH2) x – CH3
CH2 – O – CO – (CH2) x – CH3
Triglicérido
Como alcohol trivalente la glicerina puede formar mono, di, triesteres, los cuales también se les
denomina mono, di, triglicéridos. Los triglicéridos presentan casi siempre dos o tres ácidos
distintos.
Las grasas que se encuentran en los seres vivos siempre están constituidas por mezclas de
numerosos triglicéridos; el aislamiento de los triglicéridos puros constituye un problema muy
difícil.
Por desdoblamientos hidrolítico se rompe el enlace éster y se ponen en libertad sus
componentes. Esto se consigue fácilmente utilizando lejías alcalinas, en cuyo caso no se
obtiene los ácidos grasos libres, sino sus sales alcalinas, los jabones.
CH2 – O – CO – (CH2)x – CH3 CH2OH
_ O + 3Na+
CH – O – CO – (CH2)y – CH3 +3OH- CH2OH + 3H3C – (CH2)n – C=O - +3Na+
CH2 – O – CO – (CH2)z – CH3 CH2OH
El arte de obtener jabón es muy antiguo, y el nombre de saponificación no sólo se aplicó en
química orgánica a este proceso, si no también al desdoblamiento de otros ésteres, amidos, etc.
ACIDOS GRASOS
Los ácidos grasos que se encuentran en las grasas naturales siempre tienen un número par de
átomos de carbono. Actualmente, este hecho es fácilmente comprensible desde que se sabe que
han sido sintetizados a partir de 2 – C. Es decir, mediante radicales de ácido acético. Menos
fácil resulta explicar que en las grasas se encuentran preferentemente los ácidos con 16 y 18
átomos de carbono, es decir, los ácidos Palmítico C16H32O2 y esteárico C18H36O2.
O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
C C C C C C C C - OH
H3C C C C C C C C
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
ACIDO PALMITICO
O C - OH
FORMULA SIMPLIFICADA
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 O C C C C C C C C C - OH
H3 C C C C C C C C C
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
FORMULA SIMPLIFICADA
+
O
C - OH
Para simplificar las fórmulas, en este y en los próximos capítulos representaremos la cadena
larga de grupos CH2 por una línea zig-zag en cada uno de cuyos ángulos se encuentra un átomo
de carbono, como prescindiendo de los átomos de hidrógeno. La línea en zig-zag corresponde a
la ordenación más estable de dicha cadena.
Junto a los ácidos saturados se encuentran muy a menudo ácidos grasos no saturados, sobre
todo, con un doble enlace entre los átomos de carbono 9 y 10 (el átomo de carbono del
carbóxido lleva el número uno). Por esta causa, el ácido Oleico o ácido oleinico es casi
simétrico, ya que el doble enlace se encuentra en la mitad de la cadena.
Como hemos visto en la química orgánica, la presencia de un doble enlace condiciona la
existencia de una isomería espacial, porque los sustituyentes de los átomos de C unidos al
doble enlace pueden estar en posiciones cís o trans.
El ácido oleico es de forma cís; a partir de ácido oleico por una reacción química de
transposición se origina la forma trans que recibe el nombre de ácido elaidínico.
Los ácidos grasos superiores no saturados se encuentran con particular abundancia en los
aceites vegetales. Algunos mamíferos por ejemplo, las ratas no pueden sintetizarlos y por este
motivo resulta para ellos esenciales, ya que forzosamente tienen que aportarse con la
alimentación.
H2 H2 H2 H H H2 H2 H2 O H3 C C C C C = C C C C C - OH
C C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
Acido Oleico
C18H34O2
H2 H2 H H H H H2 H2 H2 O
C C C = C C = C C C C C - OH
H3 C C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
Acido Linoleico
C18H32O2
H H H H H H2 H2 O
H3 C C = C C = C C = C C C C C - OH
C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
Acido Linolenico
C18H30O2
ENDURECIMIENTO DE LAS GRASAS
Las grasas con un elevado proporción de ácidos saturados (siempre mezcla de varios
glicéridos) tienen un elevado punto de fusión y son sólidos a temperatura ambiente, mientras
las que son ricas en ácidos grasos no saturados son líquidos u oleosas (la palabra aceite se
define como consistencia, no como estructura química). Estos compuestos no saturados pueden
hidrogenarse, es decir, se puede adicionar Cataliticamente hidrógeno a los dobles enlaces.
Teniendo en cuenta que con este proceso eleva el punto de fusión de las grasas de modo que
los aceites así tratados son sólidos a temperatura ambiente, este tratamiento denomina
endurecimiento de las grasas, tiene una gran importancia en la producción de margarina y por
lo tanto en la alimentación humana.
Reacción.
Adición de hidrógeno. Hidrogenación catalítica.
- C = C + H2 Pt, Pd o Ni - C – C –
H H
EJEMPLO.
H
CH3 – C = CH2 + H2 Pt, Pd o Ni CH3 – CH2 – CH3
Propeno Propano
Propileno
LAS GRASAS COMO SUSTANCIAS DE RESERVA.
En la alimentación humana las grasas desempeñan un papel muy importante; constituyen
alimentos muy ricos en calorías sin embargo, la verdadera importancia biológica de la grasa
radica en el hecho que son sustancias de reserva. Las sustancias nutritivas normales se
transforman en su mayor parte, en grasa la cual se deposita en tejidos apropiados.
Cuando el organismo precisa utiliza las grasas alimenticias o de reserva, tiene que degradarlas.
La primera fase de ese proceso es desdoblarles en glicerina y ácidos grasos por la acción de la
lipasa.
FOSFOLIPIDOS. Los fosfolípidos son lípidos que contienen grupos derivados del ácido
fosfórico. Los fosfolípidos más comunes son los fosfogliceridos, que se relacionan
estrechamente con las grasas y aceites comunes. Por lo general, un fosfoglicerido tiene un
ácido fosfórico en uno de los ácidos grasos de un triglicérido. Los fosfoglicéridos más sencillos
son los ácidos fosfatídicos, que consisten de un glicerol esterificado por dos ácidos grasos y un
ácido fosfórico. Auque es común que se representen en su forma ácida, en realidad un ácido
fosfatídico está desprotonado en p H neutro.
O
CH2-----O----C----- (CH2)n CH3
O
CH2 O----C----- (CH2)n CH3
O
CH2----O---- P---- OH
OH
ESTEROIDES. Los esteroides son moléculas policíclicas complejas que se encuentran en
todas las plantas y animales. Son lípidos simples, por que no se hidrolizan para formar ácidos
grasos como las grasas, aceites y ceras. Los esteroides tienen una gran variedad de funciones,
pero las más importantes son que actúan como hormonas. Los esteorides se definen como
compuestos cuya estructura se basa en el sistema tetracíclico de androstano, que se muestra a
continuación. Los cuatro anillos se identifican como A, B, C, Y D, comenzando con el anillo a
la izquierda inferior; se numeran los átomos de carbono principiando con el anillo A, y
terminando con los dos grupos metilo angulares (axiales).
PROSTAGLANDINAS. Las prostaglandinas son derivados de los ácidos y su actividad
hormonal es aun más potente que las de los esteroides. Se llaman prostaglandinas debido a que
se aislaron por primera vez de las secreciones de la próstata. Después se encontraron en todos
los tejidos fluidos corporales, por lo general en cantidades muy pequeñas. Las prostaglandinas
afectan muchos sistemas del organismo, incluyendo el sistema nervioso, los músculos lisos, la
sangre y el sistema reproductor. Juegan papeles importantes en la regulación de factores tan
diversos como la presión sanguínea, la coagulación, la respuesta alérgica inflamatoria, las
actividades del sistema digestivo y el comienzo del trabajo de parto.
La estructura general de las prostaglandinas es un anillo de ciclopentano que tiene dos cadenas
largas laterales en posición trans entre si. Una cadena termina en ácido carboxílico. La mayor
parte de las prostaglandinas tienen 20 átomos de carbono, que se enumeran como sigue
TERPENOS. Los terpenos son una familia muy diversa de compuestos cuyos esqueletos de
carbono están compuestos de unidades de isopentilo (isopreno). Muchos terpenos se aíslan de
los aceites esenciales de las plantas: los aceites fragantes que pueden concentrarse a partir de
tejidos vegetales, por destilación de vapor. Con frecuencia los aceites esenciales tienen sabores
o aromas agradables, y emplean mucho como aromatizantes, desodorantes y medicinas
CARACTERIZACION DE LAS GRASAS
La dificultad de separar una mezcla de grasas en sus componentes individuales se encuentra en
la gran semejanza de todas las propiedades. Generalmente se determina diferentes constantes
de una grasa:
Punto de Fusión: Índice de iodo, índice de saponificación e índice de REICHERT MEISSI.
Índice de Iodo: Es una medida de contenido en ácidos grasos no saturados de una grasa, se
representa el porcentaje de yodo por la grasa.
Índice de Saponificación: La cantidad en miligramos de hidróxido de potasio consumido en la
saponificación de 1 gramo de grasa.
Constituye una medida del peso molecular medio de los ácidos grasos.
Índice de REICHERT MEISSI: Es la valoración de la cantidad de ácidos volátiles, expresado
en mililitros de álcali 0.1 N por 5 g. de grasa.
CERAS: A diferencia de las grasas las ceras son ésteres de ácidos grasos y alcoholes
monovalentes de elevado peso molecular están en los vegetales como animales.
ALGUNAS PROPIEDES DE LOS ÁCIDOS GRASOS.
La propiedad de los ácidos grasos dependen de la longitud de la cadena hidrocarbonada y del
número de posición de los enlaces dobles que contienen la molécula, los ácidos grasos mas de
seis átomos de carbono son insolubles en agua, la razón de la insolubilidad radica en que al
aumentar el número de átomos de carbono, aumenta también el carácter polar de la molécula
por ejemplo en la molécula del ácido estearico que tiene 17 átomos de carbono.
C17H35 – COOH
Apolar la cabeza el grupo carboxilo constituyente polar
A medida que aumenta el carácter apolar aumenta su solubilidad en solventes orgánicos tales
como el éter, cloroformo o benceno.
La longitud de la cadena hidrocarbonada otras de las propiedades de los ácidos grasos, que es
el punto de fusión, este aumento con el número de átomos de carbono que contiene la
molécula, la presencia de los dobles enlaces tiene efectos notables en el estado físico de los
ácidos grasos como por ejemplo: El ácido esteárico que es un ácido graso saturado y que
contienen 18 átomos de carbono es líquido en las mismas condiciones debido a la presencia de
un doble enlace.
Los ácidos grasos saturados y no saturados difieren en su conformación estructural. Los ácidos
grasos saturados pueden presentarse en un número infinito de conformaciones debido a la
libertad de rotación que presentan los enlaces simples.
Los ácidos grasos insaturados por el contrario son estructuras rígidas debido a la limitación
impuesta por los dobles enlaces.
UNIDAD III
PROTEINAS Y SUS COMPONENTES
Las proteínas son compuestos nitrogenados de elevado peso molecular que por hidrólisis
forman aminoácidos. Antes de ocuparnos de sus propiedades y comportamiento estudiaremos
sus constituyentes fundamentales.
AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos se presentan en la naturaleza como constituyentes de las proteínas son alfa
aminoácidos y poseen por lo tanto la siguiente fórmula molecular.
COOH
H – C – NH2
R
Hasta ahora se han aislado de las proteínas unos 20 aminoácidos distintos.
En los últimos años unos cuantos aminoácidos nuevos que existen en estado libre o bien
formando parte de distintas sustancias naturales.
Con excepción de la prolina y la oxiprolina todos los ácidos citados se caracterizan por llevar
un grupo amino primario en el átomo de carbono en alfa.
PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS.
Estos compuestos son sustancias incoloras cristalizadas, solubles en el agua, excepto unos
pocos, los más sencillos, de sabor dulce.
Considerando el aminoácido más sencillo, la glicola, que es un ácido acético sustituido, salta a
la vista su doble carácter típico de estos compuestos.
CH2NH2
COOH Acido amino acético
La molécula contiene a la vez el grupo carboxilo ácido y el grupo amino básico, y, por
consiguiente este compuesto puede reaccionar como ácido o como base. Estas sustancias se les
denominan anfóteros.
Auque normalmente se escribe a los aminoácidos con un grupo carboxilo (-COOH) y un amino
(NH2) intactos, su estructura real es iónica. El grupo carboxilo pierde un protón, formando un
ión carboxilato y el grupo amino se trotona para dar un ión amonio. A esta estructura se le
llama ión bipolar, o zwitterión (en alemán doble ión).
O O
H2N---CH---C---OH H3N+---CH---- C----O-
R R
Estructura sin carga ión dipolar o zwitterión
(componente secundario) (componente principal)
La naturaleza bipolar de los aminoácidos les confiere algunas propiedades poco usuales:
1. Los aminoácidos tienen puntos de fusión altos, por lo general, mayores de200ª C.
2. Los aminoácidos son más solubles en agua que en éter, diclorometeno y demás
solventes orgánicos comunes.
3. Los aminoácidos tienen momentos bipolares mucho mayores que los ácidos o las
aminas simples.
PUNTOS ISO ELECTRICOS.
Un aminoácido tiene carga negativa en solución básica (p H alto) y una positiva en solución
ácida (p H bajo9. Debe haber un p H intermedio donde el aminoácido esté balanceado entre
las dos formas, como zwitterión bipolar con carga neta cero. A este p H se llama p H
isoeléctrico, o punto isoeléctrico.
Las proteínas son componentes esenciales de toda célula viva. Por hidrólisis se desdobla dando
aminoácidos, y en el organismo se originan a partir de los mismos. Por otra parte la
importancia de los aminoácidos no se limita a construir la materia prima de las proteínas. En
los procesos metabólicos pueden sufrir modificaciones por distintas vías servir de punto de
partida en la síntesis de otras sustancias del cuerpo por ejemplo para la hemoglobina.
CONSTITUCIÓN QUÍMICA Y REACCIONES GENERALES.
Como indica su nombre, los aminoácidos poseen dos grupos funcionales característicos; el
amino R-NH2 y el carboxílico R-COOH. En los aminoácidos el grupo amino se encuentra
siempre en posición alfa con respecto al carboxilo.
El representante más sencillo es la glicola o glicina NH2 - CH2 – COOH. En los restantes
aminoácidos aparte del grupo amino, el carbono alfa lleva además una cadena carbonada
alifático o aromático, el cual, a su vez, puede presentar otros grupos funcionales. La fórmula
general es por consiguiente:
O O O
C – OH C– OH C– OH
H2N – C – H H - C – NH2 H - C – NH2
R R R
L – Aminoácidos Formula General D – Aminoácidos
En esta fórmula general R no significa H, sino un esqueleto carbonado, y por este motivo el
átomo de carbono en alfa está sustituido asimétricamente; de ella resulta que dicha molécula
debe óptimamente activa. Por que el modelo no puede hacerse coincidir con su imagen.
Existen dos series esféricas la L y la D, los aminoácidos presentes en las proteínas pertenecen a
la serie L y muestran en el átomo de carbono alfa la misma ordenación de los sustituyente que
la L-serina (R=CH2 y CH2OH respectivamente).
La desviación óptica de una sustancia es independiente de la serie estérica a que pertenece.
FORMULA DE LOS IONES HÍBRIDOS.
El grupo carbóxido por ser ácido puede disociarse en iones H –H . El grupo amino básico fija
iones H+, análogamente a como lo hace el amoniaco: NH3 + H+ = NH4+ (Formación de la sal de
amonio). Si ambos grupos disociados, resulta los iones híbridos representados en la fórmula I,
bajo cuya fórmula se encuentran los aminoácidos en solución acuosa.
O O O
C – OH C– O( - ) C– O( - )
H3N+ – C – H H3 – N+ - C – NH2 H2N - C – NH2
R R P
II I III
Por adición de iones H+ (ácido), estos se fijan al grupo negativo el cual queda sin carga
Fórmula II; por adición de álcalis (iones OH– ) se eliminan los iones H+ fijados a los grupos
aminos, uniéndose al OH– para formar agua y se origina la fórmula III.
En solución acuosa una molécula de aminoácido solo puede existir en una de estas tres formas,
(la forma sin carga no se presenta). En una solución de aminoácidos que contiene varios
trillones de moléculas, existe una mezcla de las formas I y II o I y III, predominando siempre
una de ellas. El que predomine una u otra forma depende de las constantes de disociación del
grupo ácido o grupo amino, y del pH de la solución.
PEPTIDOS
Si se unen dos aminoácidos, las aminas y los ácidos pueden reaccionar con la pérdida de una
molécula de agua, para formar una amida (-CONH-). Se origina compuestos que se domina
péptido. El enlace amida entre los dos aminoácidos se llama enlace peptídico
NH2 H COOH NH2 COOH
R – CH – COOH + H – N – CH – R R – CH – CO – NH – CH – R + H2O
La característica de un péptido es, por lo tanto, la presencia del enlace peptídico.
– CONH –
Mediante este enlace puede unirse muchos aminoácidos para formar complicados pépticos,
según el número de aminoácidos que constituyen los péptido pueden distinguirse los di, tri,
tetra y poli péptidos. En las cadenas polipeptídicas cada aminoácido está unida a un eslabón
siguiente por su grupo carboxílico y grupo amino del otro aminoácido, ejemplo de dipéptido
esta la glicil–glicolo resulta de la unión de dos moléculas de glicola (llamada también glicina).
H2NCH2 – CONH – CH2 – COOH
PROTEINAS: Son compuestos de elevado peso molecular que por agentes hidrolíticos se
transforman en aminoácidos, poseen una estructura polipeptídica.
La solubilidad de las proteínas es distinta. Hay algunas que se disuelven en agua o en
soluciones salinas diluidas. Junto a ellas se conocen otras totalmente insolubles en frío, en el
agua e incluso en ácidos o bases.
Muchas proteínas son muy inestables en el sentido de que las más pequeñas influencias de
naturaleza física o química pueden alterar su estado sin que se manifieste alteraciones
químicas profundas. Se hacen insolubles pierden la especificidad serológica y cuando se trata
de sustancias biológicamente activas (enzimas, hormonas) su actividad biológica. El conjunto
de estas modificaciones se llama desnaturalización. Pero las más comunes son la temperatura
y el p H.
CLASIFICACION DE LAS PROTEINAS.
Hay varias formas de clasificar las proteínas. Pueden clasificarse según su composición
química, su forma o su función. Por ahora, se explicara en forma breve los tipos de proteínas y
sus clasificaciones generales.
Las proteínas se agrupan en simples y conjugadas de acuerdo con su composición química.
Las proteínas simples son aquellas que se hidrolizan para dar sólo aminoácidos. Todas las
proteínas que se han visto hasta ahora son simples. Por ejemplo, la insulina, ribonucleasa,
oxitocina y bradicina.
Las proteínas conjugadas están enlazadas con un grupo no peptídico como azúcar, acido
nucleico, lípido o algún otro tipo de moléculas. La parte no peptidica de una proteína
conjugada se llama grupo prostético. La tabla muestra una lista de algunas proteínas
conjugadas.
Clases de proteínas conjugadas.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Clase grupos prostéticos ejemplos
Glucoproteinas carbohidratos globulina v, interferón
Nucleoproteinas ácidos nucleicos ribosomas, virus
Lipoproteínas grasas, colesterol lipoproteínas de alta densidad
Metaloproteinas metal acomplejado hemoglobina, citocromos
Las proteínas se clasifican en proteínas fibrosas y proteínas globulares según la forma que
adoptan: filamentos largos o se enrollan en si mismas. Las proteínas fibrosas son largas y
delgadas, tenaces y por lo general, insolubles en agua. Funcionan principalmente como partes
estructurales de los organismos. Como ejemplos de proteínas fibrosas se tiene la alfa queratina
de las pesuñas o de las uñas, y al colágeno de los tendones. Las proteínas globulares están
enrolladas de forma más o menos esférica. Por lo general funcionan como enzimas, hormonas
o proteínas de transporte. Ejemplos de proteínas globulares son la insulina, ribonucleasa y
hemoglobina.
Ejemplos de las funciones de proteínas
Clases de proteínas ejemplos función del ejemplo
Proteínas estructurales colágena tejido conectivo (tendones, etc.)
Enzimas ADN polimerasa replicar y reparar ADN
Proteínas de transporte hemoglobina transportar O2 a las células
Proteínas contráctiles actina, miosina causan la contracción de los
Músculos
Proteínas protectoras anticuerpos formar complejo con
Proteínas extrañas
Hormonas insulina regula el metabolismo de la
Glucosa
Toxinas venenos de incapacitar a los animales
Víboras
Existen algunos grupos que no tiene carácter de proteínas se denominan grupos prostéticos.
CLASIFICACION
1. Proteínas propiamente dichas.
A. Proteínas sencillas
1. Protaminas
2. Histonas
3. Prolaminas
4. Albuminas
5. Globulinas
B. Escleroproteínas
1. Queratinas
2. Colágeno (elastina, fibroina de la seda)
II Proteidos
1. Cromoproteidos
2. Nucleoproteidos
3. Glucoproteídos y mucoides
4. Fosfoproteidos
PROTAMINAS.- Se encuentran en los espermatozoides de los peces, constituyen las proteínas
más sencillas que se encuentran en la naturaleza, se caracterizan por su elevado contenido de
arginina, licina histidina. Posee un carácter básico.
HISTONAS.- Contienen menos aminoácidos básicos que las protaminas. Se encuentran
preferentemente en los núcleos de los entrocitos de los pájaros como las protaminas también
las histonas son componentes de los núcleos celulares y se unen del mismo modo formando
sales de los ácidos nucleicos.
Prolaminas.- Se presentan en las semillas de los cereales, en el gluten del trigo, son ricos en
prolinas, así como ácido aspártico y glutámico. A causa de su presencia en cereales tienen
importancia como alimento.
ALBÚMINAS.- Como representantes más importantes citaremos las albúminas del plasma
sanguíneo (Serocalbúminas), lacto albúmina de la leche, la ovoalbumina de la clara de huevo.
GLOBULINAS.- Son importantes representantes de este grupo las distintas globulinas del
plasma sanguíneo. Las globulinas también son muy extendidas en las plantas y constituyen
muchas veces reserva de proteínas en las semillas, ejemplo la zeina del maíz, etc.
Las ESCLEROPROTEÍNAS se encuentran en los tejidos que desempeñan preferentemente
funciones mecánicas. Se trata proteínas insolubles su arquitectura molecular forma estructuras
fibrilares.
QUERATINA.- Las queratinas son insolubles en agua, ácidos y álcolis diluidos, se encuentran
en los pelos, epidermis y formaciones córneas.
COLÁGENO.- Es la principal proteína de la piel (cuero): forma las fibrillas de los tendones, el
tejido conjuntivo ordinario y la sustancia fundamental de los huesos y cartílagos.
Al tratarlo con agua hirviente o vapor sobrecalentado se transforma en una sustancia soluble, la
cola (gelatina).
ELASTINA.- Forma las fibras elásticas y se encuentran abundantes en los músculos cerbicales.
CROMOPROTEIDOS.- El grupo prostético es en estos un pigmento. El representante más
conocido es la hemoglobina, la materia colorante roja de la sangre.
NUCLEOPROTEIDO.- Son compuestos de proteínas de los ácidos nucleicos se encuentran
distribuidos en las células. Son componentes celulares más importantes participan en procesos
vitales fundamentales.
LIPIDOPROTEIDOS.- Son combinaciones de lípidos y proteínas, se encuentran en el plasma
sanguíneo, son constituyentes generales de las células.
GLUCOPROTEIDOS Y MUCOIDES.- Son compuestos de proteínas y mucopolizacáridos. A
este pertenecen ciertas fracciones de seroalbúminas y seroglobulinas.
MUCOIDES.- Se encuentran en la mucosa intestinal, en la saliva, en la clara de huevo, en el
suero sanguíneo, en los quistes del ovario, uno parece ser que se encuentra también en la
hormona gonadotropina de la orina de las embarazadas.
FOSFOPROTEINAS.- Contiene ácido fosfórico directamente ligado a la proteína. Un
representante importante es la caseína de la leche.
Los aminoácidos importantes son:
ALIFATICOS CON HIDROXILOS ACIDOS
H O H H O O H H O
H – C – C HO – C – C – C C – C –C – C
NH2 OH H NH2 OH HO H NH2 OH
Glicina Serina Acido aspartico
H H O H OH H O O H H H O
H – C – C – C H – C – C – C – C C – C – C – C – C
H NH2 OH H H NH2 OH HO H H NH2 OH
Alanina Treonina Acido Glutámico
CON AZUFRE
CH3 CH3
CH H H O
H – C – NH2 HS – C – C – C
COOH H NH2 OH
Valina Cisteína
H
H C H
H H H O H H H H O
H – C – C – C – C – C H – C – S – C – C – C – C –
H H H NH2 OH H H H NH2 OH
Luecina Metionina
H
H C H
H H H O O H H H H O
H – C – C – C – C – C C – C – C – S – S – C – C – C
H H H NH2 OH HO NH2 H H H OH
Isoleucina Cistina
BASICOS
H H H H H H O
N – C – C – C – C – C – C
H H H H H NH2 OH
Licina
H
H N H H H H H O
N – C – N – C – C – C – C – C
H H H H NH2 OH
Arginina
AROMÁTICOS HETEROCICLICOS
H H H H H O
H H O C C – C – C – C
H C – C – C N N H NH2 OH
H H OH C H
H H H
Fenilalanina Histidina
H H H H
H H H O H C C – H
HO C – C – C H O
H H OH C C – C
H H H H OH
Tirosina N
H
Prolina
HH H H H
O C – C – C – C
H NH2 OH
C
H N H
H H
Triptófano (clasificado como aromático y como heterocíclico)
CAPITULO IV
ACIDOS NUCLEICOS Y SUS COMPONENTES
GENERALIDADES
Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1868 por Freidrich Miesher al investigar las
células del pus. Denominado a estas sustancias nucleínas por haberlas obtenido de los núcleos
aislados de las células del pus y reconoció en ellas un grupo de sustancias naturales totalmente
nuevas y con características propias.
Las investigaciones fechas más recientes han demostrado que los ácidos nucleicos no solo
existen en el núcleo si no también en el protoplasma; sin embargo, por su composición y sus
propiedades son estos claramente distintos de los que se encuentran en el núcleo.
El estudio de los ácidos nucleicos se ha convertido hoy en una de las ramas, más importantes
de la bioquímica, ya que se sabe participan en los procesos biológicos, fundamentales, como el
aumento y conservación de las sustancias genéticas, así como la biosíntesis de las proteínas.
Existen dos tipos de ácidos nucleicos.
- El ADN (ácido desoxiribonucleico), se localiza esencialmente en el núcleo de las células
(cuando este es individualizado, como en los eucariotes).
- Los ARN (ácido ribonucleico), que se encuentran esencialmente en el citoplasma de las
células.
En una célula típica, el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, donde porta el código
genético permanente. Las moléculas de ADN son enormes, con un peso molecular de hasta 50
millones. Cuando se divide la célula, el ADN se replica formando dos copias para las células
hijas. El ADN no es relativamente estable, y es el medio de transmisión de la información
genética de una generación a la siguiente.
Las moléculas de ARN son mucho menores que las de ADN, y se hidrolizan y se descomponen
con más facilidad. El ADN nuclear dirige la síntesis del ARN mensajero, que deja al núcleo para
servir como plantilla en la construcción de moléculas de proteínas en los ribosomas. A
continuación, el ARN mensajero se destruye en sus componentes, que están disponibles para
armar nuevas moléculas de ARN y dirigir otra síntesis.
Los ácidos nucleicos son polímeros elevados de naturaleza ácida y contienen ácido fosfórico.
Se pudo comprobar que su molécula contiene tres grupos de sustancias.
1. Un hidrato de carbono (pentosa)
2. Una sustancia rica en nitrógeno, la cual ha sido identificada como una purina o
pirimidina.
3. Acido fosfórico.
Falta grafico
EL HIDRATO DE CARBONO
La presencia de un hidrato de carbono en los ácidos nucleicos, por el resultado positivo de la
prueba de Molisch. Una disolución de ácidos nucleicos da con el alfa – naftol y ácido sulfúrico
concentrado, rojo cereza.
Tantos en los ácidos nucleicos animales como en los vegetales se encuentra una pentosa y
precisamente en los ácidos nucleicos del timo y del esperma es la desoxiribosa; mientras que
los ácidos nucleicos de la levadura contienen ribosa. Se admitió en un principio que la
desoxiribosa era características de los ácidos nucleicos de origen animal y la ribosa de los de
origen vegetal. Sin embargo se ha demostrado después que ambos grupos coexisten en la
misma célula.
Según la clase de azúcar se distinguen dos grandes grupos de ácidos nucleicos; Los ácidos
ribonucleicos y los desoxirribonucleicos.
Ambos grupos de ácidos nucleicos presentan además diferencias importantes en sus
propiedades físicas y químicas de las cuales se puede deducir una estructura totalmente
distinta.
LOS CONSTITUYENTES NITROGENADOS
Los constituyentes nitrogenados de los ácidos nucleicos pertenecen a las purinas y pirimidinas.
6 7 6 C N C
51N C 1N C5
C8 2C C4
2C C N 4 3
N N 3 9
Purina Pirimidina
Los ácidos nucleicos contienen dos derivados de la purina; la adenina y la guanina.
Todavía hay que citar dos cuerpos purinicos, que si bien no interviene en la composición de los
ácidos nucleicos, están sin embargo, en relación estrecha con los dos anteriormente citados: la
hipoxantina y xantina, que pueden transformarse en el organismo animal formando ácido úrico.
La hipoxantina y la xantina se originan por separación de amoniaco (desaminación) de los
correspondientes amino purinas, adenina y guanina.
Por oxidación, la hipoxantina se transforma en xantina y ésta a su vez en ácido úrico.
NH2 OHN N
N N
NH NH
N N
Adenina = Hipoxantina
6 amino purina 6 hidroxipurina (Sarkina)
OH OHN N
N N
H2N OH
NH NHN N
Guanina Xantina2 amino, 6 hidroxipurina 2 – 6 hidroxipurina
OHN
N OH
OH –
NHN
Acido úrico2 – 6 – 8 – trihidroxipurina
OH
N C
OH – C
C – N
C – OH
N C – N
N
La adenina: fue descubierta en el tejido del páncreas por putrefacción se transforma en
hipoxantina con eliminación de amoniaco, una base y forma un picrato difícilmente soluble.
GUANINA.- Encontrada por primera vez en el guano es como la adenina, un constituyente de
los ácidos nucleicos. Se encuentra en la Gota del cerdo como depósito en las articulaciones
análogamente a lo que sucede en el artritismo humano con el ácido úrico.
HIPOXANTINA.- Fue descubierta en músculo, se encuentre abundantemente en el extracto de
carne y se presenta en el ácido inosinico (un nucleótido del músculo).
XANTINA.- Fue encontrada en los cálculos urinarios. No se presenta en los ácidos nucleicos
pero se forma muy fácilmente por desaminación de la guanina.
Las base púrica son difícilmente solubles en agua y dan sales cristalizadas con los ácidos. Se
disuelven fácilmente en amoniaco y son precipitados por la disolución de la plata amoniacal.
También precipitan con disolución nítrica en forma cristalina como en combinaciones con el
nitrato de plata. El ácido sulfuroso y el sulfato de cobre los precipitan al hervir en forma de
combinaciones de cobre.
Precipitan con el ácido fosfowolframico.
ACIDO URICO.- Descubierto en los cálculos urinarios se presenta en la orina de los
mamíferos uno de los productos finales de las purinas.
En las plantas existen diversas purinas metiladas, una de las más conocidas es la cafeína o teína
(1 – 3 – 7 trimetilxantina) que se encuentran en las hojas y semillas del árbol del café, en el té,
nuez de cola. Teobromina (3 – 7 dimetilxantina ) se encuentra en la semilla del cacao.
Además de las purinas hay tres pirimidinas, como producto de los desdoblamientos de los
ácidos nucleicos. Se denomina citosina, uracilo y timina.
La CITOSINA es una 2 – hidroxi – 6 – amino pirimidina, El URACILO es la 2 – 6 – dihidroxi
pirimidina y la TIMINA la 2 – 6 dihidroxi – 5 – metil pirimidina.
NH2 OH OH
N N N CH3
HO HO HO
N N N
CITOSINA URACILO TIMINA
5 – MUTILURACILO
(La citosina es una 2 – hidroxi – 6 – aminopirimidina) el uracilo forma parte de los ácidos
ribonucleicos. En los ácidos desoxiribonucleicos, están sustituidos por la timina. La citosina se
transforma por desaminación en el uracilo .
ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son sustancias de elevado peso molecular que se producen por agrupación
de nucleótidos mediante esterificación del radical fosfórico de un nucleótido con un grupo
hidróxilo del azúcar del nucleótido siguiente.
Los ácidos nucleicos se componen de largas cadenas mononucleótidos formados de acuerdo
con el siguiente esquema.
O O O O
– O – P – O – Pentosa – O – P – O – Pentosa – O – P – O – Pentosa – O – P – O
OH base OH base OH base OH
Pentosa = dexoribosa o ribosa
Base = uno de los cuatro derivados de la purina o la pirimidina. La forma filamentosa de la
molécula explica la elevada viscosidad de las disoluciones.
Ácido Desoxiribonucleico .- Esquema de acuerdo con la hélice de CRIK – WATSON. Los
barrotes transversales representan las bases dirigidas hacia el interior, unidas entre sí mediante
enlaces hidrógeno. Por cada vuelta de la hélice hay diez restos de nucleótidos.
LOS NUCLEÓTIDOS.- Están formados por una base nitrogenada, un azúcar y un enlace
fosfórico. Se enlazan entre si a través del ácido ortofosfórico con los que se estructuran largas
cadenas filamentosas de polinucleótidos los cuales en conjunto forman los cromosomas.
Las bases nitrogenadas que entran en la composición de los nucleótidos son las purinas y
pirimidinas. Los azúcares que forman parte de ellas son: pentosa, ribosa y desoxirribosa; y el
enlace fosfórico está representada por el ácido ortofosfórico.
TIPO DE NUCLEÓTIDOS.
Existen cuatro tipos de nucleótidos que enlazados entre sí por el fósforo, forman las cadenas de
nucleótidos de ADN. Las diferencias entre los nucleótidos del ADN en las bases nitrogenadas.
Estas bases son: adenina, citosina, timina y guanina.
BASE AZUCAR FOSFORO
Elementos que estructuran un nucleótido
A T
C G
A T
C G
A T
adeninatimina
guaninacitosina
Ácido fosfórico
Enlace de hidrógeno
D. ribosa
Esquema mostrando la
disposición de los nucleótidos
para establecer las dos
cadenas del ADN
CAPITULO V
ENZIMAS:
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS ENZIMAS
Un grupo de proteínas de una gran importancia biológica está constituido por las enzimas. Las
enzimas son los catalizadores de las células vivas; la totalidad de las transformaciones
químicas que suceden en el organismo vivo, a cuyo conjunto denominamos metabolismo, solo
es posible gracias a la presencia, o mejor dicho, por la acción de estos catalizadores, llamados
enzimas.
La sustancia transformada por una enzima se denomina sustrato. Químicamente, todas las
enzimas conocidas hasta la fecha son proteínas.
Utilizando los medios propios de la química de las proteínas se han llegado a obtener unas cien
enzimas en forma pura y cristalizada, el primero la ureasa en 1926.
Las enzimas son catalizadores y denominan la conducta biológica en un amplio sentido de que
la naturaleza agota hasta el infinito las posibilidades existentes en los efectos catalíticos de las
reacciones químicas.
Se subraya explícitamente la idea que mediante el catalizador se modifica la velocidad de la
reacción del proceso.
La acción enzimática empieza siempre combinándose la enzima con la sustancia reaccionante,
y en el curso posterior de la reacción se separa por lo que en el balance total del proceso no
figura la enzima; es decir todo pasa como si no hubiera intervenido.
La sustancia que se transforma en presencia de la enzima se llama, de manera completamente
general sustrato de la correspondiente enzima: En la molécula del sustrato se presentan
modificaciones en las afinidades entre determinados átomos de total modo que puede tener
lugar una reacción química. Según la naturaleza de la enzima que entra en combinaciones con
el sustrato puede organizarse reacciones muy distintas con un mismo o idéntico sustrato.
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
Las enzimas reciben el nombre y se clasifican según las reacciones catalizadas por ellas.
El nombre de las enzimas particulares se realiza por la adición del sufijo ASA. Al nombre del
sustrato sobre le que actúan , por ejemplo, ureasa, arginasa, fosfatosa, etc.
Se han conservado los nombres de algunas enzimas, dados al principio, en la literatura médica,
tripsina, pepsina y semejantes.
La Comisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica a propuesto últimamente
que se clasifiquen las enzimas en seis clases principales. Se basa la clasificación en la reacción
química, catalizada por una enzima. Las clases son semejantes a las empleadas anteriormente,
pero en muchos casos son distintos los nombres.
Los seis nuevos nombres introducidos en la moderna nomenclatura ayudarán al estudiante a
comprender la posibilidad de hallar una nueva enzima conocida con un nuevo nombre, por
ejemplo una oxidorreductasa puede ser una deshidrogenasa
1. Oxidorreductasa.- Este grupo de enzimas comprende deshidrogénasas, oxidasas y
ferroxidasas.
2. Transferasas .- Estas enzimas catalizan la transferencia de grupos. Como ejemplos se
citarán las cinasas que transfieren fosfato del ATP a otros compuestos, y las
transaminasas que transfieren aminoácidos. Se encontraron varias enzimas de estaclase.
3. HIDROLASAS.- Pertenecen muchas enzimas a este grupo, como su nombre lo indica,
catalizan la hidrólisis de sustancias. Se incluyen en este grupo las enzimas o fermentos
proteolíticos, lipasas, amilasas y otras.
4. Liasas.- Estas enzimas catalizan la separación no hidrolítica de los grupos. Son
ejemplos los descarboxilasas y aldolasas.
5. ISOMETRASAS.- Las enzimas de esta clese catalizan las isomerizaciones CIS y
TRNS, las epimerizaciones, racemizaciones, transferencias intramoleculares e
isomerizaciones intramoleculares.
6. Ligasas.- Estas enzimas el apareamiento de dos moléculas con la roptura del enlace
pirofosfático.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Se han preparado gran cantidad de enzimas en forma cristalina y se han comprobado que son
proteínas. Numerosas enzimas son proteínas conjugadas que tienen un metal o alguna fracción
diferente, unido a la proteína. Se han descubierto muchos datos importantes sobre la estructura
interna de las enzima. En la enzima ribonucleosa se conoce la composición de aminoácidos, la
sucesión de los aminoácidos y la influencia de ciertos grupos variables en la molécula. Se
dispone de algunos datos de este tipo sobre varias enzimas diferentes.
DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD.
Es posible determinar la actividad de una enzima por los resultados del cambio catalizado por
el fermento. Se incuba la enzima en condiciones adecuadas con el sustrato, se extraen muestras
con intervalos de breves de tiempo y se analizan estos. Se analiza la muestra por lo que toca a
la desaparición del sustrato o a la aparición de productos. Por ejemplo, la acción de invertasa
sobre la sacarosa, puede observarse por la aparición de la glucosa gracias a sus propiedades
reductoras.
Es posible también seguir el curso de esta reacción por el cambio de rotación óptica. Puede
observarse la hidrólisis enzimática de una proteína por la disminución de la reacción de Biuret
o por la formación de grupos amínicos o por la aparición de sustancias positivas a la
ninhidrina.
Lapso temporal de una reacción catalizada por una enzima.
Si se sigue el progreso de una reacción enzimática, se obtendrán los resultados de la fig. pronto
comienza a disminuir la velocidad de la reacción posiblemente a causa de la disminución del
sustrato y a consecuencia de la formación de productos causantes del equilibrio. Dicha
variación también puede deberse al cambio del pH o a la inhibición de la enzima por los
productos de la reacción. Por lo tanto, es preciso examinar la reacción en condiciones
determinadas de suerte que estos factores no ejerzan influjo sobre los resultados.
INFLUENCIA DE LA TEMPERATIRA.
Un ascenso de la temperatura ejerce un efecto doble sobre una reacción catalizada por una
enzima. En primer lugar, se duplica aproximadamente la velocidad de la reacción por cada
aumento de 10ºC temperatura lo mismo que para la mayor parte de las reacciones químicas. No
obstante, a medida que asciende la temperatura aumenta la proporción de la inactivación del
catalizador por desnaturalización. En este estado la temperatura óptima dependerá del tiempo
de la reacción. En breves lapsos de tiempo la temperatura óptima puede ser mucho más elevada
que con un tiempo mayor.
40º
50º
30º
60º pH
Efectos sobre la temperatura y el pH sobre la acción enzimática.
INFLUENCIA DEL pH.
Es evidente la actividad catalítica de una enzima con una variación escasa del pH, y dentro de
esta variación tiene un máximo a un pH particular, denominado pH óptimo. Por lo general el
pH óptimo es característico de la encima. Si una enzima obra sobre dos sustratos diferentes de
posible naturaleza – iónica ambos, es posible que muestre un pH óptimo en cada uno de dichos
substratos. Este es el caso de la pepsina, que tiene un pH óptimo entre 1.5 y 2.5 según la
proteína particular empleada como sustrato. Las proteínas tienen muchas cargas en la molécula
y la carga dependerá del pH. La actividad de la enzima puede necesitar estructuras iónicas
especiales del substrato, las cuales se encuentran en diferentes proteínas con diferentes valores
del pH.
La mayor parte de las enzimas poseen su óptimo entre un pH de 5 y 7 y a menudo som más
estables con estos valores del pH. Existen numerosas excepciones.
INFLUENCIA DEL SUBSTRATO.
En condiciones convenientes la velocidad de una reacción catalizada por una enzima guardará
relación con la concentración de la enzima y el substrato. Si la concentración enzimática se
mantiene constante, se acelera la velocidad inicial de la reacción con el aumento de la
concentración del substrato hasta que se alcanza la velocidad limitante.
Para la explicación de estos fenómenos MICHAELIS y MENTEN supieron que la enzima y el
substrato forman un compuesto que se convierte en productos y enzima.
Enzima (E) + Substrato (S) K1 Compuesto enzima – substrato (ES)
K2
Enzima (E) + Producto (P)
Además, se supone que la velocidad de la transformación del substrato en productos se
determina por la velocidad de la conversión de E S en E y P
Efecto de la concentración del substrato sobre la velocidad de la acción enzimática.
ESPECIFICIDAD
Por lo general, las enzimas desarrollan una actividad muy específica, la cual constituye un
carácter distintivo que las diferencia claramente de otros catalizadores. Dicha especificidad
constituye, probablemente, una propiedad importante, por lo cual la célula es capaz de regular
sus reacciones químicas.
CAPITULO VI
OXIDACIÓN BIOLÓGICA
La mayor parte de las sustancias orgánicas son oxidadas hasta los términos finales de anhídrido
carbónico y H2O.
K1
A la vez se elimina la mayor parte de nitrógeno en forma de urea, ácido úrico, amoniaco y
otros compuestos nitrogenados.
La mayoría de los compuestos orgánicos son muy estables frente al oxígeno del aire, inclusive
a temperaturas superiores a la del cuerpo, y sin embargo, en el organismo se realiza su
combustión con la mayor facilidad. Esto no obliga a admitir en la materia viva la existencia de
enzimas especiales de oxidación. Los fenómenos de oxidación celular comprendidos
generalmente bajo la denominación de oxidación biológica, pertenecen a las reacciones
bioquímicas fundamentales.
Cuando una sustancia es capaz de reaccionar directamente con el oxígeno molecular se llama
autooxidable. Pero la mayoría de sustancias orgánicas celulares no reaccionan directamente
con el oxígeno. Generalmente, el ataque oxidativo consiste en una deshidrogenación del
substrato. Con ello el hidrógeno es transportado sucesivamente sobre distintos compuestos y
por fin oxidados a Protón. Pero su electrón no se cede directamente al oxígeno sino mediante la
intervención de metales. La serie de reacciones recibe el nombre de cadena respiratoria.
La oxidación gradual del hidrógeno es evidentemente necesaria, pues su energía solo puede ser
aprovechada de este modo.
ENZIMAS RESPIRATORIAS FERRUGINOSAS.
El conocimiento de la acción catalítica del hierro en la oxidación celular lo debemos
fundamentalmente a Otto Warbutg. El contenido esencial de su descubrimiento consiste en que
el hierro ferroso unido en forma compleja es oxidado por el oxígeno del aire a hierro férrico el
que a su vez pasa de nuevo a ferroso mediante las sustancias oxidables de las células. Por lo
tanto, el oxígeno no reacciona directamente con las sustancias orgánicas celulares, sino con el
hierro de la enzima respiratoria.
La respiración de las células vivas se impide con sustancias narcóticas como los alcaloides,
uretanos, así como el ácido cianhídrico.
CAPITULO VII
METABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO
LA DIGESTIÓN Y ASIMILACIÓN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO.
Los hidratos de carbono presentes en la alimentación son azúcares sencillos principalmente
mono, disacáridos o polisacáridos. Los principales monosacáridos son glucosa y fructuosa.
Entre los disacáridos hay que citar como los más importantes para la alimentación del hombre
la sacarosa (azúcar de caña), la lactosa (azúcar de leche) y la maltosa (azúcar de malta). El
azúcar de caña es entre todas las azúcares mencionadas el principal para la alimentación
humana. El polisacárido que tiene más importancia como sustancia alimenticia para el hombre
es el almidón, la celulosa carece de interés para el hombre como alimento, aunque sí es
importante para los herbívoros que con la ayuda de su flora bacteriana fuertemente desarrollada
son capaces de degradar.
Antes que los hidratos de carbono de elevado peso molecular puedan ser absorbidas a través de
la pared intestinal, deben ser fraccionados en azúcares más sencillos. Esta es la función de las
enzimas hidrolizantes contenidos en las secreciones digestivas
En la saliva humana existe una enzima llamada ptialina. Esta es una alfa amilasa no en todos
los animales se encuentra la enzima amilásica en la saliva.
En el estómago no hay ninguna enzima que actúe sobre los hidratos de carbono, pero en él se
verifica una cierta estratificación de los alimentos.
TRANSFORMACIONES BIOQUÍMICAS MÁS IMPORTANTES DE LOS HIDRATOS DE
CARBONO
Los hidratos de carbono son oxidados completamente hasta CO2 y H2O, pero también pueden
ser degradados en condiciones anaerobias. Esta degradación que en los tejidos animales
conduce al ácido láctico se designan como glucólisis. La fermentación alcohólica transcurre de
forma parecida en las levaduras. En la fermentación y en la formación de ácido láctico solo
queda libre una fracción de la energía del hidrato de carbono, que se produce en la reacción
respiratoria.
En el organismo de los animales superiores el principal camino de degradación de los hidratos
de carbono transcurre a través de reacciones glucolíticas, los cual significa que la cadena
carbonada de las hexosas se descompone primero por anaerobiosis y los restos son degradados
oxidativamente.
El sistema enzimático glucolítico está especialmente desarrollado en ciertos tejidos que han de
trabajar periódicamente con diferencia de oxígeno como en el músculo. Puesto que los
procesos glucolíticos anaerobios suministran los substratos para los procesos oxidativos, se
comprende que existe dependencia mutua entre glucolis y respiración. Todo tejido animal
colocado en condiciones anaerobias comienza gluconizar, o sea a formar ácido láctico. Con la
entrada de oxígeno disminuye la glucólisis o desaparece por entero
La mayor parte de los tejidos animales con suficiente suministro de oxígeno no producen ácido
láctico; esto solamente sucede en ausencia de oxígeno (glucólisis anaerobia); pero existen
determinados tejidos que también producen ácido láctico en presencia de oxígeno (glucólisis
aerobia). En ellos evidentemente la acción inhibidora de la respiración sobre la fermentación,
está perturbada.
Puede inhibirse también adicionando ciertos reactivos o sea que artificialmente se puede
provocar una fermentación aerobia. Nos limitaremos de momento, a la descripción de la
degradación de los azúcares sencillos y principalmente al compuesto más importante para el
organismo animal, la glucosa.
Existen, especialmente entre los microorganismos, un gran número de caminos distintos, para
la degradación de la glucosa, que en parte, siguen un curso aerobio, y en parte, anaerobio.
Aquí solo se tratarán las reacciones de degradación a los cuales se involucran a las hexosas en
los organismos de los animales superiores, y debemos incluir, por cierto, la fermentación
alcohólica, ya que transcurre igual parte igual que los primeros de la degradación de los
azúcares en la célula animal, y porque su investigación esencialmente al conocimiento de las
principales reacciones del metabolismo hidrocarbonado.
1. La degradación oxidativa, o sea, la aerobia, de los hidratos de carbono da lugar a
anhídrido carbónico y agua.
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
Esa es la reacción respiratoria
2. La degradación parcial sin incorporación de oxígeno produce ácido láctico.
Representa un importante papel en el músculo, y se designa como glucólisis.
C6H12O6 = 2C2H6O3
1 Glucosa = 2 ácido láctico
La fermentación alcohólica transcurre esencialmente según la llamada ecuación de
fermentación de Gay – Lussac.
C6H12O2 = 2CO2 + 2 C2H5OH
Todas estas ecuaciones son solo la expresión sumaria de una sucesión muy complicada de
reacciones, y los tres procesos son exoergónicos, es decir, que transcurren con disminución de
la energía libre.
FERMENTACIÓN ALCOHOLICA Y GLUCÓLISIS.
Entre las reacciones de degradación no oxidativa de los azúcares destacan por su importancia
la glucólisis y la fermentación.
Las dos reacciones transcurren en los mismos peldaños o fase intermedia, por lo que pueden
estudiarse conjuntamente.
OTRAS FORMAS DE FERMENTACIÓN
Reacciones posteriores de los compuestos tri carbonados. Como producto derivado se forma
siempre en la fermentación alcohólica algo de glicerina (fermentación glicérica). Su cantidad
puede aumentar con u a elección adecuada de las condiciones.
CAPITULO VIII
METABOLISMO DE LAS GRASAS
DIGESTIÓN DE LAS GRASAS
Las grasas se caracterizan por sus elevados calores de combustión y forman por consiguiente
un grupo importante de sustancias alimenticias como ya se estudió en el capítulo destinado a
las enzimas, la mucosa estomacal produce una enzima que destruye las grasas, es decir una
lipasa que para una reacción ácida débil, produce una reacción hidrolítica sobre ellas, sin
embrago la destrucción de la grasa en el estómago no es muy importante.
Parece ser que la lipasa estomacal solo actúa sobre grasas finamente derretidas como las que se
encuentran en la leche o en la yema de huevo. La cantidad mayor de grasa es atacada en el
intestino delgado.
El páncreas con su secreción vierte lipasa en el intestino. Su acción óptima tiene lugar para una
débil reacción alcalina, la lipasa estomacal y la lipasa pancreática son probablemente idénticos.
La acción de la lipasa es activada por distintas sustancias especialmente por las sales de ácidos
billares.
Se plantea ante todo la cuestión de si para la absorción de las grasas por la pared intestinal es
necesario un desdoblamiento total, o si eventualmente puede ser absorbida grasa no
desdoblada, en forma por ejemplo de finas emulsiones.
En el canal intestinal existen siempre jabones en cantidades pequeñas puesto que las grasa son
insolubles en agua mientras que la lipasa como proteína es soluble en ella, el ataque del
substrato solo puede tener lugar en la superficie de las gotas de grasa. Cuando más finamente
dividida esté la grasa, tanto mayor es esta superficie de las gotas de grasa. Cuando más
finamente dividida este la grasa, tanto mayor es esta superficie y tanto más activa, por
consiguiente la reacción enzimática .
ABSORCIÓN Y DISTRIBUCIÓN
La absorción de las grasas es uno de los problemas más difíciles en el dominio de la digestión.
Se admite que una par te considerable de la grasa alimenticia solo es absorbida después de su
hidrólisis en forma ácido graso.
CAPITULO IX
METABOLISMO DE LAS PROTEINAS
ABSORCIÓN DE LAS PROTEINAS.
Las proteínas son de importancia fundamental como constituyentes del protoplasma y como
constituyentes de muchas estructuras extracelulares. Pero además de enzima proteína son los
agentes responsables específicos de las reacciones catalíticas de la materia viva.
Las proteínas se caracterizan por contener nitrógeno, son componentes indispensables en toda
célula. Puesto que una parte de las proteínas es constantemente consumida debe reponerse
siempre de una determinada cantidad de ella.
Las proteínas no pueden formarse en el organismo animal a partir de otros materiales. La única
fuente utilizable de nitrógeno es otra proteína o, más exactamente los aminoácidos liberados de
su digestión .
A) DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS
En la secreción gástrica se encuentra la pepsina que desdobla la mayor parte de proteínas
en albumosas y peptosas, caracterizándose porque su pH óptimo se encuentra en zonas
fuertemente ácidas. Existe una proteasa en jugo gástrico con un pH óptimo
considerablemente menos ácido.
En el jugo gástrico se encuentran las siguientes proteasas: tripsina, quimotripsina y
carboxipolipeptidasa, mientras que por la acción de la secreción gástrica solo se forman
cantidades insignificantes de aminoácidos libres, estos pueden formarse en gran cantidad
por las acciones combinadas de las proteasas pancreáticas.
En la secreción intestinal no se encuentra ninguna proteinasa, pero si peptidasas
principalmente la aminopolipeptidasa y las dipeptidasas. Finalmente se encuentra en la
secreción de la mucosa la enteroquinasa que activa la proteinasa del páncreas. Las
secreciones recientes de la mucosa estomacal y del páncreas contienen la proteinasa.
B) REABSORCIÓN Y ALMACENAMIENTO
La reabsorción de los productos de desdoblamiento de las proteínas se produce únicamente
a través del torrente circulatorio. Después de la administración de las proteínas se encuentra
una elevación del contenido de aminoácidos de la sangre.
CAPITULO X
FOTOSÍNTESIS
1. Importancia de la fotosíntesis
Desde el punto de vista bioquímico, la fotosíntesis o asimilación del dióxido de carbono por las
plantas verdes, constituye el proceso más importante, tanto desde el punto de vista cualitativo,
como cuantitativo, que se verifica en la tierra. Esta circunstancia se pone de manifiesto con
sólo considerar que directa o indirectamente todos los seres vivos incapaces de realizar por sí
mismos el proceso de fotosíntesis, viven de la asimilación de las plantas. Con ello, resulta
posible la vida en la forma actual; la energía necesaria para este proceso es la luz, la cual es
captada por el pigmento de las hojas, la clorofila, aprovechándose mediante un complicado
quimismo. Los productos orgánicos que se originan constituyen los materiales de partida de
que disponen los seres vivos para los numerosos procesos de síntesis y degradación que ya
hemos tenido ocasión de conocer. Todos ellos conducen finalmente la producción de CO2, el
cual se integra de nuevo en los compuestos orgánicos por el camino de la fotosíntesis.
El equilibrio existente en la tierra desde hace cientos de miles de años, por no decir incluso
millones, entre el CO2 del aire y el carbono en combinación orgánica, ha sido alterada a partir
de la segunda mitad del siglo pasado por el progreso de la civilización al movilizar carbono en
forma sólida en cantidades considerables (carbón fósil, petróleo, carbonatos inorgánicos) los
cuales se han incorporado a la circulación.
Globalmente aparece como una inversión de la combustión de la glucosa:
6 CO2 + 6 H2O hv C6H12O6 + 6 O2
Por hv se denotan los cuantos de luz, es decir, la energía radiante.
Antiguamente se consideraba que la asimilación del dióxido de carbono expresada por esta
ecuación constituía el proceso decisivo. Con la aparición de la técnica de los isótopos y el
empleo del carbono radioactivo (C14) en bioquímica, también se ha comprobado que asimismo
el organismo de los mamíferos asimila en gran medida el CO2. En el metabolismo, el dióxido
de carbono no se comporta de modo alguno en una forma tan inerte como se había supuesto, de
lo cual ya hemos conocido algunos ejemplos. Los que caracteriza en proceso que tiene lugar en
las plantas verdes es precisamente la utilización de la luz en las reacciones químicas; el efecto
final se traduce en la transformación de la energía luminosa en energía química. Con este
conocimiento, la expresión de fotosíntesis se impuesto como más representativa.
En el proceso fotosintético hay que distinguir entre reacciones lumínicas y reacciones oscuras,
pero esta diferenciación es algo arbitraria: la reacción lumínica primaria consiste en la
absorción de los cuantos de luz por una molécula coloreada (la clorofila), que fija la energía.
Todas las demás reacciones consecutivas son en realidad reacciones oscuras, a pesar de que
algunas de ellas se verifican con tanta rapidez que experimentalmente no pueden separarse de
las verdaderas reacciones lumínicas.
Para nosotros resulta conveniente resumir la fotosíntesis como la suma de tres reacciones
parciales:
1. La fotofosforilación, es decir, la formación de ATP a partir de fosfato inorgánico y
ADP.
2. La fotolisis del agua con formación de equivalentes de reducción.
3. La fijación del CO2 y su transformación en hidratos de carbono.
2. La fotofosforilación
Al principio de este capítulo ya se ha destacado que lo característico de la fotosíntesis es la
transformación de la energía luminosa es energía química. También sabemos que el depósito
más importante de energía química lo constituye el sistema del ácido adenílico, y por este
motivo no tiene que sorprendernos que los grana (cloroplastos) sinteticen el ATP por
mediación de la energía lumínica. De todos modos, la comprobación experimental de estos
hechos no se consiguió hasta 1945, gracias a los trabajos de Arnon y colaboradores.
El descubrimiento de la fotofosforilación constituye tal vez el progreso más importante en el
conocimiento de la fotosíntesis, ya que este proceso se manifiesta de un modo directo la
transformación de la energía lumínica es energía química. De todos modos, su mecanismo
todavía no ha sido aclarado en todos sus detalles.
La luz es absorbida por la clorofila, el colorante verde de las hojas. Se conocen otras
reacciones fotoquímicas en las que al absorberse un cuarto de luz se excita primero un electrón,
es decir, pasa a un nivel energético superior. Arnon supone que el electrón más rico en energía
se transfiere a un sistema redox. En el esquema esta sustancia se designa por X. A partir de
aquí, el par de electrones pueden retornar a la clorofila pasando por una cadena de
catalizadores redox (mitad izquierda del esquema); con toda probabilidad se encuentran
intercalados en esta ruta la plastoquinona, un factor Y, todavía deconocido y el citocromo f. El
transporte de elecytrones desde Y (potencial redox aprox. 0.00 V) a la clorofila a (E0’=+0.32V)
está acoplado a una fosforilación: al igual que en la cadena respiratoria se consume fosfato
inorgánico el cual se almacena como ATP. Con toda seguridad, la analogía entre la
fosforilación de la cadena respiratoria y la fosforilación no es meramente casual. Tanto en los
cloroplastos como en las mitocondrias existen sistemas enzimáticos altamente organizados en
los que se acopla un proceso exergónico (transporte de electrones mediante una cadena de
citocromos) con la formación fuertemente endorgónica, de ATP a partir de ADP y fosfato
inorgánico. Ambas cadenas de reacción tienen muchos puntos en común: puede admitirse con
toda seguridad que la cadena respiratoria de las mitocondrias procede, por evolución, de la
fotofosforilación de los cloroplastos. Posteriormente se le ha incorporado, en lo esencial, la
citocromooxidasa y el sistema DPNH – dehidrogenasa.
Mientras que la cadena respiratoria requiere continuamente substrato y oxígeno en la
fotofosforilación no sucede lo mismo. La circulación de los electrones es impulsada por la
reacción lumínica. Aparte de esta fotofosforilación cíclica (mitad derecha del esquema) la cual
se encuentra asociada con la producción del equivalente de reducción y del oxígeno. Pero todo
ello ya forma parte del siguiente proceso parcial.
3. La fotolisis del agua
Según la ecuación global parece ser que la asimilación constituye un desdoblamiento fotolítico
del CO2, opinión compartida durante mucho tiempo, por los especialistas. No obstante, desde
1930 se ha impuesto el criterio de que quien se disocia fotolíticamente es el agua; de este modo
se forma equivalentes de reducción, es decir, hidrógeno combinado y oxígeno:
H2O + X hv XH2 + ½ O2
El apoyo experimental de esta hipótesis fue aportado primero por la observación de van Niel,
de que muchas bacterias utilizan en lugar del agua H2O otro donador de hidrógeno H2 Don,
por ejemplo:
H2S + X = X . H2 + S
CH3 . CHOH . CH3 + X CH3 – CO – CH3 + X . H2
Finalmente, Kamen aportó la prueba del origen de oxígeno mediante ensayos experimentales
realizados con agua marcada isotópicamente H218O
La fotolisis del agua es un proceso redox: el ion H+ tiene que reducirse tomar un electrón.
Posiblemente se trata del electrón excitado de la clorofila; más probable es que según el
esquema a la reacción lumínica en la clorofila siga un sistema redox X X2– que posibilita
el que el electrón reaccione con el H+ y transfiera el hidrógeno al sistema del piridinnucleótido
(NADP): los equivalentes de reducción tantas veces mencionados no son más que
trifosfopiridinucleótido reducido (nicotinaminadenindinucleótido fosfato).
Mientras el ión H+ es reducido por captación de electrones, es preciso que al mismo tiempo
otra sustancia de oxide por pérdida de electrones a fin de que el balance electrónico proceden
de una sustancia (orgánica o inorgánica); así, por ejemplo, pueden proceder de la reacción S 2
S + 2e. En las plantas superiores es el ión OH- el que suele actuar como dador de
electrones según la ecuación siguiente:
2OH– - 2e = 2[OH] = ½ O2 + H2O
La oxidación de iones OH– (por pérdida de electrones) corresponde ya a la producción de ½ O2
Aquí el oxígeno aparece como producto final inservible que la planta elimina.
En la oxidación de los iones OH– también se requiere energía lumínica; en un pigmento
(probablemente la clorofila b ) se excitan los electrones, y el radical que queda constituye un
oxidante tan enérgico que es capaz de substraer su electrón al OH– . Los electrones excitados
reducen al catalizador redox Y; por el ulterior transporte de electrones a través del citocromo se
almacena energía como ATP, y a continuación, sigue la segunda reacción lumínica ya
comentada en la que la clorofila a suministra, o bien NAD. H2, o ATP de nuevo como
fotofosforilación cíclica.
Es lógico que el desprendimiento de O2 procedente del agua requieran energía; en realidad
consiste en la reacción inversa a la deformación de agua, que es exergónica con – 57 Kcal por
mol; el proceso inverso es por tanto endergónico. La energía necesaria es aportada, según el
esquema por cuatro mol1 de cuantos de luz (en la luz roja = 168 Kcal), con lo que se forman
simultáneamente 1 mol de ATP por mol de TNP. El proceso de fosforilación es probablemente
idéntico a la fosforilación cíclica.
El consumo de cuantos por este concepto de seis a cuatro, a que corresponde a 8 a 12 cuantos2
por molécula de O2. Estos valores se han determinado experimentalmente varias veces, y han
dado origen a una viva polémica entre Warburg que encontró una cifra de 3 – 4 cuantos, y
otros laboratorios que estiman que para desprender 1O2 precisan 6 – 8, e incluso más cuantos.
Actualmente se acepta como la más probable la cifra de 8 cuantos por molécula de oxígeno.
Este valor corresponde aún rendimiento energético bastante respetable, del 20 – 40 %
4. Fijación del CO2 y su reducción a hidratos de carbono
La otra parte del proceso fotosintético, esto es, la transformación del CO2 en hidratos de
carbono es puramente bioquímico y no requiere la luz, es decir, se trata de una reacción oscura.
El mérito de haber aclarado la confusión que existía acerca de esta reacción oscura se debe
exclusivamente a M. Calvin y colaboradores.
La discriminación de la serie de reacciones de este proceso ha sido posible gracias al empleo
del carbono radiactivo (C14 O2). Las viejas hipótesis se suponían al formaldehído como
producto intermedio fueron rápidamente refutadas, a pesar de que la explicación de la realidad
de los hechos ha requerido mucho tiempo. Algunos de los productos intermedios que se forman
tienen una vida muy cortas que solo pueden obtenerse si se interrumpe la reacción a los pocos
segundos (!) de introducir el CO2 marcado.
CO2 H2C – O – Ⓟ H2C – O – Ⓟ H2C – O – Ⓟ HO – C – H
OH COOH C = O C
COOHH – C – OH C = O +
H – C – OH H – C – OH COOH
H2C – O – Ⓟ H2C – O – Ⓟ H – C – OH
H2C – O – Ⓟ
H2C – OH O
C = O C – H
H – C – OH H – C – OH
H – C – OH H2C – O – Ⓟ
H2C – O – Ⓟ
Ribulosa – 5 - Ⓟ Triosa – 3 - Ⓟ
Como aceptor del CO2 actúa el difosfato de ribulosa, el cual se forma de la ribulosa – 5 -Ⓟ y
ATP por acción de una quinasa. Probablemente el difosfato se transforma en el
correspondiente 3 – cetoazúcar (de todos modos, en este caso la carboxilación se comprende
fácilmente); con el CO2 se origina un producto intermedio que todavía no ha podido aislarse,
ADP
ATP ADP +Ⓟ inorg.
ATPTPNH + H⊕
TPN⊕
un ácido β – cetónico, que se desdobla en 2 mol de ácido fosfoglicérido (esquema de fórmulas
reseñado más arriba).
A continuación, el ácido fosfoglicérido se reduce a triosafosfato por inversión de la ya
conocida reacción de degradación del azúcar. Esta reversión requiere ATP y TNP y discurre a
través de los siguientes pasos intermedios:
El ácido 3 – fosfoglicérido reacciona con el ATP, el cual transfiere un radical fosfórico y lo
transforma en ácido 1,3 – difosfoglicérido y ADP. El ácido activado se une con el grupo HS
del enzima para dar el tioéster correspondiente, l cual, finalmente, puede sufrir un
desdoblamiento reductor. El hidrógeno necesario procede del piridin – coenzima, que, por la
fotolísis del agua se carga continuamente de hidrógeno.
Con este paso reductor, algo complicado y que consume energía, queda cumplido el proceso,
ya que el carbono del CO2 se ha reducido al pasar a hidrato de carbono. Para completar la
reacción ambas moléculas de ácido fosfoglicérido tienen que seguir el mismo camino y para
ello se requiere, por tanto, 2 (TNP + H+) y 2 ATP por mol de CO2. Puede verse que en el
desdoblamiento de la molécula aceptora en 2 mol de ácido carboxílico la energía necesaria se
reparte entre dos moléculas, lo cual hace que se capte con mucha mayor facilidad.
TPNH + H⊕
3 C5 + 3 CO2 ATP 6 C3 C3
5 C3
C5 C5 C5 C3 C3 C3 C3 C3
C7 C4 C6
C5
Formación del difosfato de ribulosa.
Azúcar+
Almidón