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• BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes. Estructuras especializadas. Distribución de glucosa en una célula animal y una célula vegetal. Degradación de glucosa: glicólisis. Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación. Balance energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato. Fermentaciones. Degradación de otras hexosas.
• BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance energético del ciclo. Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo de célula o tejido. Naturaleza anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas: Lanzadera del glicerofosfato y lanzadera del malato-aspartato. Balance energético de la degradación de glucosa en condiciones de aerobiosis. Efecto Pasteur. Vía de las pentosas. Localización. Importancia metabólica.
• BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno. Regulación coordinada entre la degradación y la síntesis del glucógeno. Costo energético. Biosíntesis de almidón. Síntesis fotosintética de glúcidos. Reacciones de fijación y reducción fotosintética del carbono, ciclo de Calvin. Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón, sacarosa y celulosa en vegetales.
QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Cs. Biol. y Lic. en Biotecnol.
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Nutrición y Metabolismo en Animales HeterótrofosNutrición y Metabolismo en Animales Heterótrofos
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento mecánico (ej. masticación) y químico (ej. digestión enzimática) de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje de los productos de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
He
teró
tro
fos
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
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Boca
FaringeBucheEsófago Intestino Ano
Mandíbula
EsófagoBuche
Intestino
Ano
Recto
Boca
Esófago IntestinoEstómago
Ano
Recto
Sistema Digestivo en distintos individuos heterótrofos
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He
teró
tro
fos
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
CarbohidratosCarbohidratos
- Galactosa- Galactosa
CarbohidratosCarbohidratosde la dietade la dieta
Polisacáridos
Disacáridos
Monosacáridos
- Almidón- Almidón granos, harinas, tubérculos, legumbres
- Glucógeno- Glucógeno carnes
- Sacarosa- Sacarosa frutas, azúcar de mesa, remolacha
- Lactosa- Lactosa Leche y derivados
- Glucosa- Glucosa
- Fructosa- Fructosafrutas, miel, golosinas, etc.
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AlmidónAlmidón
AmilosaAmilopectina
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Amilopectina
α-1,6
α-1,6
α-1,6
α-1,4
α-1,4
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Ptialina o Amilasa salival
- Amilasa pancreática- Isomaltasa- maltasa-glucoamilasa- sacarasa- lactasa
pH ácido, inactiva la enzima
Digestión y absorción de carbohidratosDigestión y absorción de carbohidratos
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OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
AmilosaAmilosa
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OO.....
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
O
CH2
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
Amilopectina o GlucógenoAmilopectina o GlucógenoO
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
n Maltosas
n Maltotriosas
n Oligosacáridos
Digestión del Almidón y/o del GlucógenoDigestión del Almidón y/o del Glucógeno
Amilasasalival
n H2O
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Amilasapancreática
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
Maltosas
Maltotriosas
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OO.....
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
O
CH2
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
Oligosacáridos
Digestión del Almidón (cont.)Digestión del Almidón (cont.)
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DisacaridasasDisacaridasas
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
Maltosa
Maltasa2
GlucosaH2O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa
Sacarasa
Glucosa
+
FructosaH2O
O
H
OH
OH
H
OHH
CH2OH
O
HHO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Lactosa
Lactasa
Glucosa
+
GalactosaH2O
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Esófago Rumen
Retículum
Omasum
Abomasum
Microorganismos fermentadores de celulosa
El alimento fermentado y los microorganismos son concentrados por reabsorción de agua.
HCl y proteasas
Idem retículum. El bolo alimenticio es regurgitado a la boca.
Proceso digestivo en los rumiantes herbívorosProceso digestivo en los rumiantes herbívoros
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O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
O
HO
H
OH
CH2OH
H O
OH
HOH
H
HO
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
OH
OH
H
OH
OH
H
H
OHH
CH2OH
n
Celulasa
O
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
HO
O
HO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Celulosa
n Celobiosa
n H2O
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Nutrición y Metabolismo en AnimalesNutrición y Metabolismo en Animales
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
![Page 14: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/14.jpg)
Estructuras especializadas en absorciónEstructuras especializadas en absorción
Lombriz
Tiburón
Humano
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¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
![Page 16: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/16.jpg)
¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
SGLUTSGLUT
GlucosaGlucosaGlucosaGlucosa
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
GalactosaGalactosaGalactosaGalactosa
FructosaFructosa
GLUT5GLUT5
FructosaFructosa
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Nutrición y Metabolismo en AnimalesNutrición y Metabolismo en Animales
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
![Page 18: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/18.jpg)
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.
![Page 19: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/19.jpg)
¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
SGLUTSGLUT
GlucosaGlucosaGlucosaGlucosa
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
GalactosaGalactosaGalactosaGalactosa
FructosaFructosa
GLUT5GLUT5
FructosaFructosa
![Page 20: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/20.jpg)
Esquema general del metabolismo de carbohidratos Esquema general del metabolismo de carbohidratos Otros tejidos como
por ej. tej. nervioso, células sanguíneas, tej. adiposo, etc.
![Page 21: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/21.jpg)
Transportadores de Glucosa (Transportadores de Glucosa (uniportersuniporters))
Transportador Localización
GLUT1
En todos los tejidos del feto. En adultos: en GR, fibroblastos y células
endoteliales
GLUT2
En membrana basolateral del epitelio intestinal,
túbulos renales, hepatocitos y células β
pancreáticas
GLUT3PPal. Transportador en
cerebro y nervios periféricos.
GLUT4Tej. Adiposo y músculo esquelético y cardiaco.
Es sensible a Insulina
GLUT5 Transportador de Fru en enterocitos.
GLUT7 Membranas del RE
1- La Glu se une a un sitio del transportador abierto.
2- La proteína transportadora cambia su conformación.
3- La Glu es liberada al interior celular y la proteína transportadora retorna a su conformación original.
![Page 22: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/22.jpg)
¿¿CCóómo funcionan lo transportadores GLUT4?mo funcionan lo transportadores GLUT4?
![Page 23: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/23.jpg)
¿¿En quEn quéé difieren los distintos transportadores? difieren los distintos transportadores?
- En la afinidad por la GLU.
GLUT4> GLUT3> GLUT1> GLUT2
- La alta afinidad por Glu de GLUT4 y GLUT3 asegura la provisión de Glu a corazón y tej. nervioso.
- Cuando los niveles de Glu en sangre aumentan (periodo postprandial) se activa la incorporación de Glu al hígado, por un lado, y a las células beta del páncreas, a través de los GLUT2 y se estimula la liberación de Insulina.
- Esta, a su vez, promueve la movilización de los GLUT4 desde las vesículas intracelulares del tej. adiposo y músculo esquelético hacia la membrana plasmática para incorporar Glu a estos tejidos.
![Page 24: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/24.jpg)
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
* La glucosa es fosforilada en el carbono 6
Fosforilación de la glucosaFosforilación de la glucosa
La fosforilación es el paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos, en animales y vegetales.
Impide la difusión de la Glu hacia el exterior celular y asegura su utilización en alguna de las vías metabólicas celulares según el requerimiento celular.
Hexoquinasas
Isoenzimas I, II, III
Isoenzima IV o Glucoquinasa
-En distintas proporciones según el tejido.- Son inespecificas.- Km Glu = 0.01-0.1 mM
- En hígado y células beta del páncreas.- Es muy especifica, solo D-Glucosa.- Km Glu = >10 mM.
![Page 25: BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos](https://reader033.vdocumento.com/reader033/viewer/2022061423/5665b4cf1a28abb57c93dd64/html5/thumbnails/25.jpg)
GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa en una célula hepáticaen una célula hepática
Glucógeno-génesis
Glucógeno
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
Glucosa
Glucosa-6-fosfatasa
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Nutrición y Metabolismo en VegetalesNutrición y Metabolismo en Vegetales
Almidón
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Reservas de almidón en vegetalesReservas de almidón en vegetales
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
Extraida de: elprofedebiolo.blogspot.com/.../organelas.html
Extraída de: www. botanica.cnba.uba.ar
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CRECIMIENTO
ALMIDON
Hojas, tallos y raices
Endospermo GERMINACION
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
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Capa de aleurona
Cubierta seminal
Endospermo
Cotiledón
Ápice caulinar
Coleoptilo
Eje hipocótilo/radícula
Ápice radical
Embrión1
Giberelinas
2
Enzimas
Nutrientes
3
4
1Activación del embrión.Liberación de giberelinas
Inducción de genes por las giberelinas en la capa de aleurona.2
3 Producción y liberación de enzimas hidrolíticos.
4Acción de las enzimas sobre los materiales dereserva del endospermo.
Liberación de nutrientes (monosacáridos)5
5
6
6 Absorción de nutrientes por el embrión.
Germinación en cereales
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GlucosaGlucosa
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
COCO22 + H + H22OOATP
SacarosaSacarosa(escutelo)(escutelo)
ALMIDONALMIDON
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
RaízRaízTalloTallo
SacarosaSacarosa Glucosa + FructosaGlucosa + Fructosa
COCO22 + H + H22OO
ATP
Síntesis de Síntesis de sustanciassustancias
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α-amilasa
Enzimas desramificantes
Enzimas desramificantes
Almidón fosforilasa
G G G G H
HO
G G G G4
H
HOG G G G G G G G G G G G H
HO
G G G G
β-amilasa
4 1
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
H HO
1
β-amilasa
Almidón fosforilasa
Extremo no reductor
Extremo no reductor
Principales enzimas que catalizan la degradación de almidón a glucosa:
-α-amilasa-β-amilasa-Almidón fosforilasa-Enzimas desramificantes
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OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
AmilosaAmilosa
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OO.....
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
O
CH2
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
AmilopectinaAmilopectina
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
n α-Maltosas
Dextrinas límite
Hidrólisis del Almidón en vegetalesHidrólisis del Almidón en vegetales
α-Amilasaβ-amilasa
n H2Oy n β-maltosas
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OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
AmilosaAmilosa
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OO.....
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
O
CH2
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
AmilopectinaAmilopectina
Fosforólisis del AlmidónFosforólisis del Almidón
Almidónfosforilasa
n H2PO4-
n Glu-1-P
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O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
Maltosa
Maltasa
H2O
Dextrinas límite
H
H
H2O
Enzima desramificante
Glucosa
+ restos de amilosa
Glucosa
+
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GlucosaGlucosa
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
COCO22 + H + H22OOATP
SacarosaSacarosa(escutelo)(escutelo)
ALMIDONALMIDON
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
RaízRaízTalloTallo
SacarosaSacarosa Glucosa + FructosaGlucosa + Fructosa
COCO22 + H + H22OO
ATP
Síntesis de Síntesis de sustanciassustancias
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OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa
Invertasa
Glucosa
+
FructosaH2O
Invertasa alcalina
Invertasa ácida
pH 7,5
pH 5
Citosol
Vacuolas y pared celular
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GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa en una célula vegetalen una célula vegetal
AlmidónSacarosa
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
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•FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs.
•FASE II (Reacciones 6-10). Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten a dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATPs y 2 NADH.
Vía GlicolVía Glicolííticatica
Citosol celularCitosol celular
-Universal.
-Todos los intermediarios fosforilados.
- No requiere O2
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Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology (IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England. (http://www.iubmb-nicholson.org).3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.