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2 y su ImportancIa en los procesos metabólIcos de la célula

2.las bIomoléculas

En esta unidad el estudiante describirá las biomoléculas y reconocerá su importancia en los procesos metabólicos de la célula, al mismo tiempo revisará los aspectos fundamentales, energéticos y de regulación de las enzimas en las reacciones metabólicas y el papel del ATP como molécula energética. También estudiará el metabolismo de las proteínas, comprenderá las diferencias entre las vías de respiración aerobia y anaerobia y su significado biológico, y los organelos celulares implicados en el proceso.

propósItos de formacIón

A partir del estudio de esta unidad usted podrá identificar las biomoléculas y su importancia en los procesos metabólicos de la célula.

crIterIos de evaluacIón

Para un adecuado desempeño en esta unidad se espera que usted:• Identifique la estructura y función de las biomoléculas orgánicas de las células y suasociación con los procesos metabólicos.

• Adquiera los conocimientos acercadelmetabolismoyhomeostasis celular comobasepara entender diversos procesos de los seres vivos uni y pluricelulares.

contenIdos

SeSión 6. la estructura y funcIón de las bIomoléculas orgánIcas de las células y su asocIacIón con los procesos metabólIcos

Apreciado estudiante en esta sección se identificará la composición química de la célula, las propiedades de las moléculas que la conforman y su importancia en el metabolismo celular. De los elementos que la conforman sobresale el agua ya que representa el 75% de la masa celular total, siendo la molécula más abundante. Su interacción con los compuestos inorgánicos como el sodio (Na+), Potasio (K+), Bicarbonato (HCO-3), entre otros, y las moléculas orgánicas están compuestas básicamente por cuatro elementos de la tabla periódica (C, H, O y N), los cuales combinadosentresídanorigenaungrannúmerodecompuestoscomosonloscarbohidratos,proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

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El agua

Algunavezsehapreguntadocuantotiempopodríasobrevivirsinagua.Larespuestaestáenlaregla del “tres”. Es decir tres minutos sin aire, tres días sin agua y treinta días sin alimento. El agua es el compuesto más abundante y más ampliamente distribuido en la naturaleza (grafica 13);yenelcuerpohumanoeselelementomásabundanteocupandoel75%,seguidoporlasproteínas15%,lípidos8%,carbohidratosyácidosnucleicosel2%(grafica14).Susinteraccionesconelrestodecomponentescelularessondegranimportanciaenlabioquímicacelular.Lamayorparte de las reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y todos los organismos hanevolucionadoalrededordelaspropiedadesdelagua,talescomosucarácterpolardadaladiferenciaelectronegatividadesentreeloxígenoehidrógeno,sucapacidadparaformarenlacesdehidrógenoysualtatensión,

Grafica 13. Estados del agua (liquido, sólido y gaseoso) TomadodelbancodeimágenesdeEspañahttp://recursostic.educacion.es/bancoimagenes/web/

Grafica14.Composiciónporcentualdelcuerpohumano. TomadodeQuímicageneral,orgánicaybiológicadeDrewHWolfe.1996.pg.411.

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Loscarbohidratos

Se dice popularmente que la dieta diaria del colombiano promedio es el “ACPM”, traducido es Arroz(grafica15),Carne,PapayMaduro,enestedichopopularencontramostresproductosricosencarbohidratos(CHO)oglúcidos(elarroz,lapapayelmaduro),losCHOsoncompuestosconstituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno; y en algunos casos pueden tener, además,otros elementos químicos como nitrógeno o azufre y hacer parte de diferentes estructurascelulares. Su unidad fundamental es el monosacárido y se combinan químicamente para formar diferentes compuestos nutritivos como los azúcares, almidones y la celulosa, químicamente son polihidroxialdehídosypolihidroxicetonas(grafica16),ytienenlafórmulageneral(CH2O)n.

Elgliceraldehídoyladihidroxicetonasonloscarbohidratosmássencillos.Estánconformadosportresátomosdecarbonoydosgruposhidroxilos.

Loscarbohidratosseclasificanenmonosacáridos,comolaD-glucosaqueeselCHOnaturalmásimportante.TambiénestánlaD-galactosaylaD-fructosaoazúcardelasfrutas.Launióndelosmonosacáridos forma los disacáridos como maltosa, celobiosa, isomaltosa, lactosa y sacarosa.

Grafica15.Elarrozfuentericadecarbohidratos Tomado del banco de imágenes de España http://recursostic.educacion.es/bancoimagenes/web/

Grafica16.Estructuraquímicalinealdeunpolihidroxialdehído(a)ydeunapolihidroxicetona(b) Fuente: Autor del módulo.

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LosCHOencadenaslargasgeneranlospolisacáridosmásabundantesenlanaturaleza,elalmidón,elglucógeno,lacelulosaylaquitina.Lacelulosayelalmidónsonlosdemayorimportanciaenlasplantas.Elglicógenoeselpolisacáridodereversaenlosanimalesquesedepositaenelhígado.Loscarbohidratoscumplendiferentesfuncionesdetipoenergético,estructural,informáticoydedesintoxicación en la célula.

De tipo energético porque son los combustibles de uso inmediato, como es el caso del glicógeno, elcualenayunoscortosmantienenormaleslosnivelesdeglucosaenlasangre(70–100mg/dl)para que el cerebro y otros órganos importantes trabajen normalmente.

De tipo estructural, la quitina forma el exoesqueleto de los insectos, las paredes celulares de lasplantasyhongos.Esricaencarbohidratosquesemantienenunidosporenlacesglucósidosespeciales que le dan rigidez característica.

Losdetipo informático en las células se unen a compuestos como lípidos y proteínas localizados en la superficie externa de la membrana celular, formando glicolípidos y glicoproteínas, que sirvencomoseñalesdereconocimientoparabacterias,hormonas,anticuerpos.Graciasaelloslossereshumanosseclasificanporgrupossanguíneos.

También participan en la desintoxicación del organismo eliminando compuestos que se producen enelmetabolismocelular,comolabilirrubinayalgunashormonas;ysonclavesenelmetabolismode algunos compuestos xenobióticos como los fármacos y aditivos alimentarios.

Loscarbohidratossepuedencuantificarpormétodosquímicoscualitativosycuantitativos.LapruebaclásicadeFehling,queesunejemplodeestefenómeno,sebasaenelcarácterreductorde los monosacáridos. Si el glúcido que se investiga es reductor, se oxidará dando lugar a la reduccióndelsulfatodecobre(II),decolorazul,aóxidodecobre(I),decolorrojo-anaranjado.Actualmente esta prueba se realiza con las pastillas de Clinitest de Bayer™ para determinar azúcares reductores en orina, prueba realizada a pacientes diabéticos. Recordemos que el umbralrenaldelafiltracióndeglucosaesde160-180mg/dl.Paradeterminarlosnivelesdeglucosa en la sangre se realiza la prueba bioquímica de la glucosa oxidasa, enzima que cataliza la oxidacióndelaglucosaauncompuestocoloreado.Laintensidaddelcoloresproporcionalalosniveles de glucosa. Esta técnica es la que se emplea en todos los laboratorios clínicos en el país.

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Lípidos

Siemprehaexistidoelmitoerróneoentreelconsumodehuevo(grafica17)yelaumentoenlosniveles de colesterol sérico, lo cual es falso, pues estudios científicos demuestran lo contrario, segúnseplanteaenlapáginawebdelaFederaciónNacionaldeAvicultoresdeColombia(Fenavi),en el artículo titulado“Consumodehuevoysurelaciónconelcolesterolsérico,porClaudiaR.Rueda Badillo”Lorealmenteciertoesqueelhuevoesunodelosalimentosquemásseconsumenenelmundoyesricoprincipalmenteenproteínas(13%),lípidos(12%)(ácidosgrasossaturados,monoinsaturados, poliinsaturados y colesterol), yminerales como calcio,magnesio, hierro, ysodio.Esteesunejemplodelaimportanciadeloslípidosenladietaalimentariadelhombre.Loslípidossoncompuestosbioquímicossolublesensolventesnopolares,comoelbencenoyeléter. En el cuadro 1 se observa una clasificación general de los lípidos.

Grafica17.Elhuevo Tomado del banco de imágenes de España http://recursostic.educacion.es/bancoimagenes/web/

Cuadro 1. Clasificación general de los lípidos Fuente:AdaptadodeWolfe,DrewH.Químicageneral,orgánicaybiológica.EditorialMcGraw-Hill.SegundaEdi-

ción.México.1996.Página440.

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Loslípidosdesempeñantresfuncionesbásicasenlascélulas.Primera:sonunaimportantefuentede energía que se almacena como reserva en diferentes tejidos. Segunda, son el componente principaldelasmembranascelularesy,tercera,participanenmuchosprocesosdeseñalizacióncelular, ya sea en forma de hormonas esteroideas (los estrógenos y la testosterona) o comomensajeros moleculares que trasladan señales desde los receptores de la superficie celular al interior de la célula y existe un grupo especial de lípidos que se clasifican como vitaminas.

Aminoácidos y Proteínas

Lasproteínassonloscompuestosmásabundantesenlosseresvivos,participanyseencuentranencasi todos los procesos biológicos. Son las responsables del soporte estructural y del movimiento delcuerpohumano,haciendopartedelhueso,lapiel,lacarneohaciendopartedelcabellouotrostejidos(grafica18).Otrassonenzimasimportantesenmuchosprocesosmetabólicos,entreotrasfunciones.Suunidadbásicasonlosaminoácidos(grafica19).

Desde el punto de vista químico, los aminoácidos son compuestos orgánicos que contienen grupos aminos y carboxilo, por lo tanto, poseen propiedades ácidas y básicas. En la naturaleza sóloseencuentran20t-aminoácidoscomocomponentesdemuchasproteínas.Estosignificaqueel grupo amino está presente en el átomo de carbono alfa (α).

Grafica18.Lacarnederesesricaenproteínas TomadodelbancodeimágenesdeEspaña.http://recursostic.educacion.es/bancoimagenes/web/

Grafica19.Estructurabásicadeunaminoácido. Fuente: Autor del modulo

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Losaminoácidosexistencomoionesdoblementecargados,esdecir,comozwitterionesA su vez, la fuerte carga positiva en el grupo amino (NH3+) induce una tendencia a que el grupo carboxilo (COOH) pierda su protón, razón por la cual los aminoácidos son ácidos fuertes. Esta propiedad permitequeseanexcelentesamortiguadores(grafica20),debidoalacapacidaddedisociacióndel grupo carboxilo (pKaC) y del grupo amino (pKaN) y de otros grupos ionizables de sus cadenas laterales. Estos grupos afectan las propiedades físicas del aminoácido libre en una solución o haciendopartedeunaproteína.Asuvez,estosgruposionizablesvanacederoaganarprotonesdependiendo del pH del medio.

H3N C COOH

H H H

R

H3N C COO

H

R

H2N C COO

H

R

++ +

+

pKaC pKaN

De igual forma se van a comportar las proteínas, pero influenciadas por los grupos ionizables de sus cadenas laterales, es decir, la carga total de una molécula de proteína depende del pH de la solución y del número relativo de cada clase de aminoácidos de la misma.

Lasproteínas seven influenciadasporcambiosenelpHdelmedio.AciertovalordepH, lacarga neta de una proteína es cero (las cargas positivas y las cargas negativas se encuentran en la misma proporción), se neutraliza y se vuelve insoluble, precipitándose en el medio. Por otro lado, si a esta molécula neutra le aplicáramos un campo eléctrico no emigraría y el pH donde ocurre esta situación es su puntoisoeléctrico(PIE).EnvaloresdepHalcalinoporencimadesuPIE,laproteína estará cargada negativamente y en el caso contrario, cuando la proteína está en un pH ácido,pordebajodesuPIE,estarácargadapositivamente.Enlasdossituacionesanterioreslaproteína se encuentra soluble en el medio.

Estructura de las proteínasLaactividadbiológicaylaspropiedadesdeunaproteínaestándeterminadasporsuestructura,que tiene una forma tridimensional determinada y se divide en cuatro niveles de organización: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Laestructura primaria hacereferenciaalasecuenciadeaminoácidosdelaproteína(grafica21).Este orden es único para cada proteína y determina sus propiedades químicas y físicas. Esto se logragraciasalenormenúmerodeposibilidadesdeordenarlos20aminoácidosdiferentesenlascadenas polipeptídicas.

La estructura secundaria de las proteínas es el resultado de las interacciones de los enlaces amídicoscercanosentresíylospuentesdehidrógenoconlosátomosdelacadenaproteicaque,a su vez, generan su plegamiento. Estos enlaces dan lugar a dos estructuras secundarias: las alfa hélices(enrolladasenformadeespiral)y la láminabetaplegada(seobservandoblecesdelascadenaslateralesquevanenzig-zag)(grafica21).

Grafica20.Comportamientodelosaminoácidoscomoamortiguadores Fuente: Autor del modulo

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La estructura terciaria. En este nivel de organización la proteína tiene una forma y tamaño únicos. Esto se debe al plegamiento de la cadena polipeptídica como resultado de las interacciones entre las cadenaslateralesdelosaminoácidosqueseencuentranhaciendopartedelaestructuraprimaria.Lainteraccionesquegeneranestosplegamientoscorrespondenalasfuerzasintramolecularesquesonfuerzasdeatracción,comosonlasfuerzasdedispersiónointeraccioneshidrofóbicas,losenlacesiónicos,losenlacesdehidrógenoylospuentesdisulfuro(grafica21).

Laestructura cuaternaria de las proteínas se presenta cuando se integran diferentes subunidades queseempaquetanenunasolaproteína,comoeselcasodelahemoglobinaqueestáformadapordossubunidadesocadenasbetaydossubunidadescadenasalfa(grafica21).

Clasificación de las proteínasLasproteínassepuedenclasificarenproteínassimplesfibrosasquesoninsolublesenagua,comoel colágeno, y las simples globulares que se dispersan en agua como las inmunoglobulinas.

Otro grupo importante lo conforman las proteínas conjugadas, aquellas que tienen un grupo noproteínicoogrupoprostéticounidoalascadenaspolipeptídicas,comolashemoproteínas,lipoproteínas, glicoproteínas y las nucleoproteínas.

EnzimasLas enzimas son biocatalizadores que aceleran las reacciones químicas en los seres vivos yparticipandirectamenteenelmetabolismocelularenmuchasvías,yaseaenelanabolismooelcatabolismo,lascualessonreversibles.Lamayoríadeestasreaccionesbioquímicasestánenequilibrio.

Laactividad enzimática se determina cuantificando el incremento de la velocidad de reacción en condiciones definidas: se mide la diferencia del recambio entre la reacción catalizada y la reacción no catalizada en un tiempo determinado. Actualmente para expresar la actividad enzimática se emplean dos medidas, la primera es el Katal (kat, mol-1 * s-1) y la segunda es la UnidadInternacional(umolderecambio*min-1).

Clasificación de las EnzimasActualmente se conocen unas 2.000 enzimas y se han clasificado teniendo encuentra suespecificidaddeacciónporelsustrato.Lasseisprincipalesclasedeenzimasson:

Lasoxidorreductasas catalizan la transferencia de los equivalentes reductores entre dos de oxidorredución, por ejemplo: la glucosa oxidasa que cataliza la oxidación de la glucosa a ácido glucónico.

Grafica21.Estructuradelasproteínas. Fuentemodificadade:http://my.opera.com/tutoriabiologiaUBAXXI/blog/blog-2

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Las trasferasas catalizan la transferencia de grupos de una molécula a otra y por lo general requieren de enzimas, por ejemplo: las transaminasas son enzimas que transfieren grupos aminos importantesenelmetabolismohepático.

Lashidrolasascatalizanlasreaccionesdehidrólisistransfiriendogruposdondeelaceptorsiempreesunamoléculadeagua,porejemplo:laslipasasquehidrolizanlostriacilglicéridosaglicerol.

Las liasas catalizan las reacciones de adición o eliminación de los dobles enlaces también se denominan sintasas. Un ejemplo las descarboxilasas que catalizan la adicción y eliminación de grupos carboxílicos –COOH.

Las isomerasas desplazan grupos dentro de una molécula sin cambiar la fórmula general de sustrato.Elejemplomásclásicoeslaconversióndelaglucosa6-fosfatoafructuosa6-fosfato,accióncatalizadaporlaglucosa6-fosfatoisomerasa.

Lasligasas o sintetasas catalizan la unión de dos moléculas dependientes de la energía y por eso siempreestánacopladasconlahidrólisisdelaadenosinatrifosfato(ATP).

Factores que influyen en la actividad enzimática Como se expresó anteriormente, la actividad enzimática es una medida de la velocidad con que una enzima convierte el sustrato a productos y esta actividad puede estar influenciada por diferentes fenómenos como son:

1. Efectos de los cambios de concentración de sustrato.2. Efectosdelaconcentracióndelaenzima.3. Efectos de los cambios de la temperatura.4. EfectosdeloscambiosenelpH.5. Efectosdelosinhibidores.

ImportanciadelasenzimasActualmentelaaplicaciónmédicadelasenzimaspermitediagnosticarytratarmuchasenfermedades,la mayoría de ellas se puede medir en el suero de los pacientes. Tal es el caso de las denominadas enzimas cardiacas creatin quinasa (CK), la glutamato oxaloacetato transaminasa (GOT) y la lactato desidrogenasa(LD),cadaunadeellassepuedemedirenunperiododetiempodeterminadoyenconcentraciones variables, dependiendo del compromiso del músculo cardiaco.

Nucleótidos Losácidosnucleicosdesempeñanunrolimportanteenelalmacenamientoylaexpresióndelainformación genética. Existen dos clases principales que son el ácido desoxirribonucleico (ADN), que interviene en el almacenamiento de la información y el ácido ribonucleico (ARN). Estos participanenlaexpresióngénicayenlabiosíntesisdelasproteínas.Losdosestánconformadospor unidades denominadas nucleótidos que, a su vez, están formados por la unión de una base nitrogenada,unapentosayunoomásácidosfosfóricos.Launióndeunapentosayunabasenitrogenada origina un nucleósido, y su enlace se llama N-glucosídico.

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Para poder comprender la estructura de los nucleótidos empezaremos por las bases nitrogenadas que son de dos clases: las púricas (guanina y adenina) y las pirimidínicas (citosina, timina y uracilo). Otroscomponentesimportantessonlosazúcaresribosayla2-desoxirribosaquealunirseaunabase nucleotídica da como resultado un nucleósido, como es el caso de la adenosina, formada porribosay laadenina.Losotrosderivadosson laguanosina (G),uridina (U), timidina (T)ycitidina(C).Asuvez,sielazúcaresla2-desoxirribosa,seobtienenlosdesoxirribonucleósidosynosquedael5-fosfatoqueseunea losgrupos fosfatospormediodeunenlaceanhídridoácido y se obtienen los nucleósidos difosfato y trifosfato, por ejemplo, en ADP y el ATP, siendo ambas coenzimas claves en el metabolismo energético. Cuando se acoplan estos tres elementos se obtienen los polinucleótidos, que son cadenas lineales de nucleótidos en los que los grupos fosfato están esterificados a los hidroxilos 5’ y 3’ de dos nucleótidos consecutivos. Comoconsecuencia, cada polinucleótido contiene únicamente un OH libre en el grupo fosfato en posición5’(extremo5’fosfato)yunOHlibreenposición3’(extremo3’).

En la síntesis de DNA o RNA, el nucleótido que se va a añadir a la cadena de polinucleótido (siempreenformatrifosfato)seuneporsuOHenposición5’algrupoOHenposición3’delúltimo nucleótido de la cadena de polinucleótido mediante un enlace fosfodiéster, liberando un grupo pirofosfato.

ActividAd de AprendizAje no. 6

Apreciado estudiante: Recuerde que debe estar atento a la actividad de aprendizaje propuesta por sus docentes.

Dependiendode las indicacionesdesudocente,existenunas fechasestablecidasyunmedioindicado para el envío de la actividad.

Muchoséxitosconlarealizacióndeestaactividad!!

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SeSión 7. aspectos fundamentales, energétIcos y de regulacIón que presentan las reaccIones metabólIcas y el papel del atp y de las enzImas.

Esta sesión aborda el metabolismo y todas las reacciones químicas que ocurren en el organismo para mantener su funcionamiento normal, se divide en anabolismo, que son los procesos metabólicos donde se sintetizan macromoléculas, y catabolismo, que hace referencia a losprocesos de degradación de las macromoléculas.

El principal producto del metabolismo del ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa es el adenosín trifosfato (ATP) que transporta y trasmite energía libre entre las células. En este sentido, la energía liberada en las reacciones químicas no se puede convertir en una forma de energía que se pueda utilizar totalmente sino que existe una parte que se pierde en el medio, por lo cual, la cantidad de energía que se puede convertir en energía útil se denomina energía libre.

Otro término importante es la bioenergética que corresponde a la producción y utilización de la energía en los seres vivos, como es el caso de la fotosíntesis (sesión 5) donde ocurren las reacciones de la fase oscura y reacciones de la fase luminosa, gracias a estas reacciones las plantasobtienenenergíadelsolylatransformanmediantereaccionesquímicasencarbohidratosy oxígeno.

El metabolismo lo podemos dividir en tres fases o etapas (grafica 22). En la etapa I, las macromoléculas, como los polisacáridos, lípidos y proteínas, son degradadas para producir moléculas más simples y de fácil absorción para las células. Ya en la etapaII, los metabolitos o moléculas energéticas se transforman en acetil coenzima A, compuesto clave en los procesos metabólicos,yenlaetapaIIIseproduceenergía libreatravésdeunaseriedereacciones de óxido-reducción, como son el ciclo de Krebs o del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa o sistema de transporte de electrones que ocurre en la mitocondria.

Grafica22.Etapasdelmetabolismo Fuente: Autor del módulo

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ActividAd de AprendizAje no. 7

Apreciado estudiante: Recuerde que debe estar atento a la actividad de aprendizaje propuesta por sus docentes.

Dependiendode las indicacionesde sudocente, existenunas fechasestablecidas yunmedioindicado para el envío de la actividad.

Muchoséxitosconlarealizacióndeestaactividad!!

Anotaciones:

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SeSión 8. la ImportancIa del metabolIsmo y la homeostasIs celular como base de dIversos procesos de los seres vIvos unI y plurIcelulares.

Cuandosehabladelmetabolismosepiensaenunaseriedereaccionesdondeintervienenunagrancantidaddeenzimasqueactúansobrediferentessustratoscomocarbohidratos,lípidos,proteínasyácidos nucleicos, y al final de cada ruta se obtiene un producto que es base para la siguiente.

De acuerdo a lo revisado por usted anteriormente, el ATP se produce o se requiere en estas rutas metabólicas. A su vez, la maquinaria celular trabaja en diferentes escenarios, por ejemplo: la degradacióndecarbohidratosocurreenelcitoplasmaylaoxidacióndelosácidosgrasosocurreen las mitocondrias, aspecto que implica que los productos que se requieran en una u otra ruta se transporten de un organelo a otro, se regulen por diferentes mecanismos como las enzimas y, enalgunoscasos,porlashormonas.

Acontinuaciónrevisaremoslasdiferentesrutasmetabólicasycomoellasmantienenlahomeostasiscelular al establecerse el equilibrio energético en la célula.

MetabolismodeloscarbohidratosElmetabolismodeloscarbohidratosseiniciaenlaboca,cuandolosalimentossehidrolizanporenzimascomolaamilasasalivar.Alllegaralintestinoseterminandehidrolizaramonosacáridosde fácil absorción como la glucosa.

En este punto nos estaremos preguntando cuántos son los niveles normales de glucosa en nuestro cuerpo.¿Glucosa?Sehaestablecidounrangode70a100mg/dl.

¿Yquésehacecon laglucosaqueentraanuestrosistemacirculatorioendondetermina?Laglucosa es empleada por órganos tan importantes como el cerebro, glóbulos rojos y músculos, entre otros.

¿Y cómo ingresa a las células que componen estos órganos? El principal mecanismo para el ingresodelaglucosaalascélulasrequieredelahormonapolipeptídicapancreáticadenominadainsulina.Despuésdeunacomidaricaencarbohidratoslaconcentracióndeglucosaenlasangreaumenta y el páncreas empieza a secretar insulina, la cual viaja por la sangre y se une a receptores específicos en las diferentes células, aspecto que favorece la activación de mecanismos que transportanlaglucosaatravésdelamembranacelularhaciaelcitoplasmadelascélulas.

¿Yquéhacenlascélulasconlaglucosa?Lascélulasladegradanparaproducirenergíayestarutametabólica se denomina glucólisis.

¿Y toda la glucosa que ingresa a las células se gasta de una vez o se almacena? Gran porcentaje delaglucosaseempleaparamantenerlahomeostasiscelularyelsobrantesealmacenaenelhígadoenformadeglucógeno.Estarutametabólicasedenominaglicogénesis.Larutainversadelaglicogénesiseslaglicogenólisis.Enlaglicogenólisissehidrolizaelglicógenoparaliberarglucosa en ayunos cortos.

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Laglucólisis. Por esta ruta metabólica la glucosa se degrada para liberar energía. Consta de una seriedereaccionescuyoproductofinaleselpiruvato.Adicionalmenteseobtienen2moléculasde ATP y dos moléculas de NADH, se resume así:

Glucosa+2ADP+2Pi+2NAD+--->2Piruvato+2ATP+2NADH+2H++2H2O

ActividAd de AprendizAje no. 8Apreciado estudiante: Recuerde que debe estar atento a la actividad de aprendizaje propuesta por sus docentes.Dependiendode las indicacionesde sudocente, existenunas fechasestablecidas yunmedioindicado para el envío de la actividad.

Muchoséxitosconlarealizacióndeestaactividad!!

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Ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicosEl ciclo de Krebs es una rutametabólica que consta de 9 reacciones químicasmediada pordiferentes enzimas y forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. Adicionalmentehacepartedelavíacatabólicaquerealizalaoxidacióndeglúcidos,ácidosgrasosyaminoácidoshastaproducirCO2, liberando energía.

El ciclo de Krebs tiene funciones anabólicas y catabólicas, de modo que se considera anfibólico. Dentro de las vías catabólicas del metabolismo produce el piruvato o la acetil-CoA, los cuales sonoxidadoshastaCO2 y los equivalentes reductores son empleados en la fosforilación oxidativa (formaciónaeróbicadeATP)(grafica23).Porlasvíasanabólicasestálaproduccióndeproductosintermedios del ciclo que son transformados en glucosa (gluconeogénesis sus precursores son el oxalacetato y malato) y ácidos grasos (citrato) entre otros.

El glucógenoComoseplanteóenelmetabolismodeloscarbohidratoslaglucosasealmacenaentejidoscomoel corazón, cerebro y tejido adiposo, pero en mayores proporciones en el músculo esquelético yelhígado,esteprocesosedenominaglucogénesis.Enesteprocesoseresaltalaimportanciade las enzimas UDP-glucosa fosforilasa y la glucógeno sintetasa pues son las encargadas de su síntesis y posterior almacenamiento en diferentes tejidos.

El proceso contrario a la glucogénesis es la glucogenólisis,dondeelglucógenosehidrolizaparaliberar la glucosa e intervienen tres enzimas: la fosforilasa, las glucantransferasa y la glucosidasa.

Metabolismo de los lípidos El metabolismo de los lípidos requiere de enzimas como la lipasa pancreática, la cual degrada los

Grafica22.Etapasdelmetabolismo Fuente: Autor del módulo

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triglicéridos a ácidos grasos, monoacilglicéridos y glicerol, los cuales son absorbidos en el intestino delgado. Esta mezcla se emulsifica por medio de las sales biliares e ingresa por el borde en cepillo de las células del intestino delgado, donde se convierten nuevamente en triacilglicéridos, los cuales se unen al colesterol a fosfolípidos y unas proteínas especiales resultando el quilomicrón, quesonlosresponsablesdeltransportedelostriglicéridosdesdeelintestinohastalostejidospor linfática.

Loslípidossonlaprincipalreservaenergéticadelosorganismosanimales.Sealmacenanenlascélulas del tejido graso o adipocitos, en forma insoluble, donde constantemente están sufriendo un continuo proceso de degradación y síntesis.

Lalipogénesis,osíntesisdelípidos,ocurreenlosadipocitos.Estosempleanlostriacilglicéridosque son transportados por la sangre en forma de complejos lipoproteicos (VLDLyquilomicrones)desdeelintestinodelgadoyelhígado.Sobrelasuperficiedeloscapilaressanguíneosseubicala lipoproteinlipasa. Esta enzima libera de estos complejos lipoproteicos a los triacilglicéridos, glicerol y ácidos grasos que son captados por los adipocitos y utilizados nuevamente para formar lípidos como las grasas.

El proceso contrario es la lipólisis, es decir, la degradación de los ácidos grasos catalizada por la enzima denominada lipasasensibleahormonas,lacualestáinfluenciadaporvariashormonas,mediantelaconversiónreversibledelAMPc.Lacantidaddeácidosgrasosliberadosdependedela actividad de la lipasa. Por lo tanto, esta enzima controla el nivel plasmático de ácidos grasos.

Estos ácidos grasos son transportados por la albúmina y otros viajan por el plasma en forma libre (no esterificados).

¿Cómo utilizan los tejidos los ácidos grasos? Tejidos como el hígado realizan un proceso denominadoβ-oxidación, vía metabólica que se realiza en las mitocondrias, donde los ácidos grasos se transforman en Acetil-CoA. En este proceso se forma ATP por fosforilación oxidativa.

¿Yquésehaceconelexcesodeácidosgrasos?Órganoscomoelhígado,riñones,pulmones,glándulasmamariasyeltejidoadiposo,realizanlabiosíntesis de los ácidos grasos y ocurre en el citoplasma de las células. El principal precursor es la glucosa y le siguen los aminoácidos. Este es un proceso complejo donde interviene la enzima Acetil-CoA carboxilasa,querealizalacarboxilacióndelaAcetil-CoAhastamalonil-CoA.

ElcrecimientodelacadenadeácidosgrasosfinalizaenC16ysuproductofinaleselpalmitato.A partir de este se forman los ácidos grasos insaturados y de cadenas más largas, las cuales son empaquetadasenloshepatocitoscomolipoproteínasdeltipoVLDLydesdeallísonenviadasporla sangre a diferentes órganos.

Metabolismo de las proteínasLasproteínasque ingresan con los alimentos sondegradadas en el tractodigestivohasta los

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aminoácidos, los cuales son absorbidos y distribuidos a los diferentes tejidos por el torrente circulatorio.Elserhumanoemplea20aminoácidosparaconstruirsusproteínas,pero10deellosno los puede sintetizar y, por lo tanto, se consideran esenciales, los cuales se deben suplementar en la alimentación.

En el organismo se pierden, por el riñón y el intestino, pequeñas cantidades de aminoácidos. Para compensar esta pérdida se recuperan de la dieta y de la hidrólisis de las proteínas denuestro cuerpo logrando de esta forma mantener el balance nitrogenado que, por lo general esequilibrado.Loquequieredecirquelascantidadesdenitrógenodeladietaylasexcretadasdiariamente son más o menos iguales.

Losaminoácidos,alcontrariodeloscarbohidratosyloslípidos,nopuedenseralmacenados,porlocualsedegradanenelhígadodiariamente.Cuandosepresentaesteexcesodeaminoácidos,producto del metabolismo de las proteínas, se excretan por la orina como productos nitrogenados, especialmente urea.

NH4++HCO3-+Aspartato+3ATP+2H2O → Urea+Fumarato+2ADP+AMP+2Pi+ PPi

Losaminoácidostambiénsepuedenemplearenlasíntesisdecarbohidratos,lípidosoATPmediantereacciones de transaminación. En este sentido se clasifican dependiendo de la ruta metabólica en la que intervengan, por ejemplo: cuando el producto final es el Acetil-CoA se denominan aminoácidos cetogénicos; otro grupo se convierten en piruvato y en algunos intermediarios del ciclo de Krebs, los cuales se denominan glucogénicos y, por último, encontramos al grupo que comparte ambas características, cetogénico y glucogénico.

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SeSión 9. la respIracIón celular y su sIgnIfIcado bIológIco, sus dIferencIas entre las vías aerobIa y anaerobIa y los organelos celulares ImplIcados en el proceso

Fosforilación oxidativa o cadena respiratoriaEste proceso tiene lugar en las mitocondrias y está acoplado energéticamente a un gradiente de protones a través de la membrana interna de las mitocondrias. Estos gradientes de protones son formados en la cadena respiratoria y sobre ellos actúa la ATP-sintasa como fuente de energía para la unión directa del Pi con el ADP. Este proceso es dependiente de la presencia de oxígeno (condiciones aeróbicas) y es contrario a la fosforilación a nivel de sustrato.

¿Dedónde vieneeste flujodeelectrones?Loselectronesque se liberandel ciclodeKrebs yde otras rutas metabólicas se transfieren al oxígeno molecular (O2) a través de las moléculas transportadoras de electrones. En estas reacciones de óxido-reducción se libera energía libre yconellaseformaunenlaceentreungrupofosfato,PiyADP,paraproducirATP(grafico24).

Grafica24.Transferenciadeelectronesyfosforilaciónoxidativaenlacadenarespiratoriamitocondrial Fuente.http://recursos.cnice.mec.es/biologia/bachillerato/segundo/biologia/ud04/02_04_04_02_033.html