sábado, 21 de mayo de 2016

Enzimas y Carbohidratos





 
Puesto que las aplicaciones médicas y farmacéuticas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres áreas importantes de interés: terapias enzimáticas, usos analíticos y producción de compuestos farmacéuticos.


Para una mejor comprensión iniciaremos así:

Cuando un compuesto se transforma en otro, de diferente naturaleza, se ha producido una reacción química. El proceso de transformación ocurre a una determinada velocidad, que depende de varios factores. Así, cuanto mayor sea la cantidad del compuesto inicial más rápido será el proceso.
También influye la temperatura, cuya elevación acelera las reacciones químicas.
La presencia de un catalizador modifica la velocidad de una transformación química
 Los seres vivos tienen catalizadores para las reacciones que ocurren en sus células. Se trata de las enzimas, que son proteínas que tienen una actividad catalítica. Todas las transformaciones que ocurren en las células hacen uso de enzimas concretas, habiendo un número incontable de éstas.
Actúan de diferentes modos, pero siempre gracias a que un grupo de aminoácidos, que se encuentran próximos en la estructura espacial de la proteína, facilitan la transformación de que se trate. Estos aminoácidos constituyen lo que se denomina centro activo de la enzima.
La actividad catalítica de muchas enzimas pueden ser reguladas por efectos alostéricos.



Importancia biológica

Es extraordinaria y radica en varias de sus particulares propiedades: 
ü Actúan a muy bajas concentraciones (10-3 a 10-6 moles de enzima/mol de sustrato).
ü No se consumen en las reacciones. 
ü No modifican el equilibrio del sistema de reacción, sino que sólo influyen sobre la velocidad con que se alcanza tal equilibrio (aumentan la velocidad hasta 106 veces). 
ü Son muy específicas de los sustratos, grupos o enlaces químicos sobre los que actúan.
ü Actúan siempre a la temperatura del ser vivo. 
ü Presentan un peso molecular elevado, porque son proteínas globulares (solubles en agua, que se difunden muy bien en los líquidos orgánicos). 
ü Su intervención es causa de un notable ahorro energético para las células.
Experimentos cinéticos revelan propiedades de las enzimas
La cinética enzimática proporciona una información indirecta acerca de especificidades y mecanismos catalíticos de las enzimas.
Los experimentos cinéticos también revelan si una enzima está regulada.
Investigaciones revelaron la forma en que las variaciones en las condiciones experimentales o los cambios en la concentración de enzima o sustrato afectan las velocidades de las reacciones.
a.  Cinética química
La base de la mayor parte de las mediciones cinéticas es la observación de la rapidez, o velocidad (v), de una reacción, la cual varía en forma directa con la concentración de cada reactante.
Al avanzar una reacción, la cantidad de producto ([P]) aumenta y la cantidad de sustrato ([S]) disminuye.
La única concentración de sustrato es la que se prepara al inicio del experimento.
La velocidad de la reacción en el inicio preciso de la reacción: es el valor que se desea conocer. Este valor representa la velocidad de la reacción a una concentración conocida del sustrato antes de que cambie.
La velocidad inicial (v0) se puede determinar a partir de la pendiente del progreso de las curva o de las derivadas de esas curvas.
La pendiente de la curva es la constante de velocidad.

Constante de velocidad directa  (Dirección en avance)
Se presenta como al avanzar la concentración de producto disminuye la del sustrato.
                                                                        
Importante:
En las reacciones que de un solo paso   la velocidad es determinada por ambos sustratos.
 
·        La velocidad de reacción depende: de la concentración de sustrato limitante en la velocidad.



a.                     Cinética enzimática.
 Emil Fischer, en 1894, propuso que una enzima presenta una plantilla rígida, o cerradura, y que el sustrato es la llave que le corresponde. Sólo los sustratos específicos se pueden ajustar a determinada enzima.
 Primeros estudios de cinética enzimática confirmaron que una enzima (E) se une a un sustrato para formar un complejo enzima-sustrato (ES).
 Los complejos ES se forman cuando los ligandos se unen de manera no covalente a sus lugares adecuados en el sitio activo.
      El sustrato reacciona en forma transitoria con la proteína catalizadora (y con otros sustratos, en una reacción  multisustratos) para formar el producto de la reacción.
Complejo enzima sustrato (ES): Unión temporal entre la E y el S, momento en el cual el S es convertido en producto.
Sustrato (S): Es la molécula que se une al sitio activo en donde va a ser transformada en producto.
Producto (P): El resultado de la reacción enzimática.
Sitio activo: Es el lugar de la enzima donde ocurre la reacción química del sustrato.
La velocidad total de una reacción enzimática depende de las concentraciones tanto del sustrato como del catalizador.
Cuando la cantidad de enzima es mucho menor que la cantidad de sustrato, la reacción depende de la cantidad de enzima.
La cinética enzimática se diferencia de la cinética química simple:
1. Porque las velocidades de reacciones catalizadas por enzimas dependen de la concentración de la enzima y ésta nunca es un producto ni un sustrato de la reacción.
2.  Las velocidades también difieren porque el sustrato debe unirse a la enzima para poder convertirse en el producto.
 En una reacción catalizada por enzima, las velocidades iniciales se obtienen del progreso de las curvas, igual que en las reacciones químicas
b.        Ecuación de Michaelis- Menten
      Altas concentraciones de sustrato no cambia.
      La pendiente de la curva de la velocidad inicial en función de [S]  es la: Hipérbola rectangular.
      Característica de la hipérbola: Suelen aplanarse a concentraciones moderadas de sustrato de un valor que permanece  mucho menor  que la velocidad máxima.
      Realizada por Leonor Michaelis y Maud Menten.

  c.1. Deducción de la ecuación de Michaelis- Menten
 Derivación de Estado Estable por George E. Briggs  J.B.S. Holdane.
    Postula que el intervalo de tiempo durante el que se forma un complejo ES  es la misma velocidad en la que se descompone de modo que es constante.
La velocidad inicial se usa en la derivación del estado estable porque se asume que la concentración de producto ([P]) es insignificante. Tal estado estable es una condición común para las reacciones metabólicas en las células. Al suponer que la concentración de ES en estado estable es constante, entonces la velocidad de formación de producto depende de la velocidad de la reacción química y de la velocidad de disociación de P para abandonar la enzima.
c.2. Constante Catalítica:
  Es cuando la concentración de sustrato es alta, la velocidad total de la reacción es Vmáx y está determinada por la concentración de la enzima.
Kcat indica la cantidad máxima de moléculas de sustrato convertidas en producto cada segundo por cada sitio activo
ü   La unidad de kcat es s -1.
ü   El recíproco de kcat es el tiempo necesario para que haya un evento catalítico.
ü   Nótese que para obtener kcat se debe conocer la concentración de la enzima.
  Si el mecanismo es más complejo, entonces kcat puede ser una combinación de varias y distintas constantes de velocidad. Es la causa por la que se necesita una constante de velocidad diferente, kcat, para describir la velocidad total de la reacción catalizada por enzimas. En la mayor parte de los casos se puede suponer que kcat es una buena aproximación a k2.
TODO ESTOS ES NECESARIA PARA PODER COMPRENDER EL EFECTO
DE LAS ENZIMAS EN:

Aplicación de las enzimas en análisis clínicos


 
 Las enzimas se emplean como reactivos estándar en los laboratorios para el diagnóstico de enfermedades, para el control y el seguimiento de enfermedades y de la respuesta del paciente hacia la terapia seguida, y para la identificación y control de la concentración de drogas o sus metabolitos en la sangre u otros fluidos corporales.

Las técnicas de inmunoanálisis enzimático (ELISA) representan un nuevo e importante avance al asociar anticuerpos específicos a enzimas como la peroxidasa o la galactosidasa cuya unión genera una reacción colorimétrica (se observa color) proporcional a la extensión de unión del anticuerpo.

 Las enzimas se emplean rutinariamente para diagnosticar enfermedades hepáticas, miocárdicas, pancreáticas y prostáticas, anemias, leucemias, distrofia muscular, tumores y toxemias del embarazo.

 Las técnicas enzimáticas también se utilizan en la detección de drogas, análisis de antibióticos, detección de antígenos o anticuerpos, o en la detección de enzimas y metabolitos en los fluidos intracelulares.

Estas técnicas son generalmente más rápidas, específicas ya baratas que otros métodos de detección como el inmunoanálisis, los análisis fotométricos, cromatográficos.

                  
Uso de enzimas como productos médicos y farmacéuticos

Las enzimas, en  las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las mismas requieren generalmente pequeñas cantidades de enzimas muy purificadas. Esto se debe a que si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resulta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar probables efectos secundarios.

 Uno de los productos obtenidos mediante el uso de enzimas son los aminoácidos. Si bien se pueden sintetizar empleando un proceso químico, el resultado es una mezcla de dos tipos distintos (D y L isómeros). Puesto que solamente el L-isómero es biológicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes.
 Además de aminoácidos, las enzimas son utilizadas para la producción de antibióticos semi-sintéticos. Las penicilinas semisintéticas son los principales productos farmacéuticos obtenidos por tecnología enzimática.
 También se utilizan enzimas en la producción de esteroides. Los esteroides se utilizan en un gran número de preparados farmacéuticos (por ejemplo en los antinflamatorios), por lo que los procesos empleados en la producción de estas sustancias presentan una considerable importancia económica.
    
Uso de enzimas para generación de energía




 Aplicación biotecnológica de las enzimas es la producción de energía, a partir de  fuentes orgánicas en vez de combustibles fósiles, no renovables.
Un ejemplo clásico de biocombustible es el alcohol obtenido por fermentación de material rico en azúcares y almidón, o de residuos orgánicos como los forestales.
Los avances tecnológicos permitirán en un futuro aumentar el desarrollo de estos productos biodegradables.
La tecnología enzimática tiene como objetivo superar aquellos inconvenientes que puedan retrasar la aplicación de las enzimas en procesos a escala industrial.
Actualmente se utiliza en diferentes industrias, ya que implica la utilización de sistemas enzimáticos diversos que optimizan el procesamiento en la obtención de detergente, aditivos alimenticios, productos químicos y farmacéuticos.

 La tecnología enzimática se presenta como alternativa biotecnológica para que las industrias desarrollen productos de calidad homogénea, aprovechen óptimamente sus materias primas, aceleren sus procesos de producción, minimicen desperdicios y disminuyan el deterioro del medio ambiente.
Punto clave

Actualmente, alrededor de 150 enfermedades metabólicas se han atribuido a defectos enzimáticos específicos. En varios casos, la alteración se debe a la falta total de la enzima, mientras que en otros, la causa es la sustitución por una isoenzima parcialmente inactiva.

En teoría, y una vez conocido el defecto, debería ser posible administrar la enzima ausente al paciente y aliviar o eliminar los síntomas de la alteración.
Los intentos para tratar las enfermedades metabólicas hereditarias mediante la administración de enzimas exógenas han sido solo un éxito parcial. El principal problema es que la enzima incorporada al organismo tiende a acumularse en el hígado y el bazo.


De forma general entenderás que en los tratamientos terapéuticos con enzimas se basa en la administración de una enzima específica a un paciente, para producir una mejoría progresiva en el mismo; el principal problema relacionado con este método, es la respuesta inmunológica del organismo la cual inactiva al compuesto incorporado. Además, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resulta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar efectos secundarios.

La utilización de nuevos fármacos va ligando con el metabolismo de cada individuo por ende a sus distintas reacciones, es por ellos que, a cada punto que avance la sociedad vendrán  más enfermedades y necesitaras nuevos medicamentos que preparar, nuevas enzimas que modificar. La bioquímica, la biotecnología, la biología molecular, la farmacia y la fisiología   son ramas que van ligada una de otra, pues ambas buscan un bien común que es el de servir a la sociedad con cada nuevo descubrimiento que dan.  




Mecanismos enzimáticos
Con técnicas cinéticas se pueden medir los cambios de enlaces químicos de un reactivo o solvente durante la reacción. El estudio de cambios estereoquímicos que suceden durante la reacción puede producir una perspectiva tridimensional del proceso. Para cualquier mecanismo enzimático propuesto, debe coordinarse la información mecanicista de los reactivos y productos intermedios, con la estructura tridimensional de la enzima.

A. Sustituciones nucleofílicas
Muchas reacciones químicas tienen compuestos intermedios iónicos.
Hay dos tipos de intermedios iónicos:

1.    Nucleofílicas: unas especies son ricas en electrones o y otras especies,  tiene una carga negativa o un par de electrones no compartido. Suele imaginarse que el nucleófilo ataca al electrófilo, y al mecanismo se le llama ataque nucleofílico, o sustitución nucleofílica.
2.    Electrofílicas:  son pobres en electrones,
En general, el mecanismo de una reacción implica un compuesto intermedio.
Otro tipo de sustitución nucleofílica consiste en el: Desplazamiento directo. En este mecanismo, el grupo o molécula atacante se adiciona a la cara del átomo central, opuesto al grupo saliente, y forma un estado de transición que tiene cinco grupos asociados al átomo central. Este estado de transición es inestable y de gran energía. Tiene una estructura entre la del reactivo y la del producto.
Ambos tipos de mecanismos de sustitución nucleofílica tienen un estado de transición. En el primer tipo: la reacción procede en forma escalonada, formándose una molécula intermedia que puede tener la estabilidad suficiente para ser detectada.
En el segundo tipo: de mecanismo,  la adición del nucleófilos atacante y el desplazamiento del grupo saliente ocurren en forma simultánea. El estado de transición no es un compuesto intermedio estable

B. Reacciones de ruptura
Los enlaces covalentes se pueden romper de dos maneras:
1.    Dos electrones permanecen con un átomo, o un electrón puede permanecer con cada átomo enlazado:
Ambos electrones están en un átomo, por lo que se forman un intermedio iónico y un grupo saliente. Por ejemplo, la ruptura de un enlace C—H casi siempre produce dos iones.
ES DECIR:
ü  Si el átomo de carbono retiene ambos electrones, el compuesto que lo contiene se transforma en un carbanión.
ü  Si el átomo de carbono pierde ambos electrones, el compuesto que lo contiene se transforma en un ion catiónico llamado carbocatión.

2. Un electrón se queda con cada producto, y se forman dos radicales libres que suelen ser muy inestables. (Un radical libre, o radical simplemente, es una molécula o átomo con un electrón no apareado).

C. Reacciones de óxido-reducción
Las reacciones de óxido-reducción son fundamentales en el suministro de energía biológica. En una reacción de óxido-reducción (o reacción redox), los electrones de una especie se transfieren a otra.
1.    Oxidación: es la pérdida de electrones, una sustancia que es oxidada tendrá menos electrones cuando se termine la reacción.
Un agente oxidante es una sustancia que produce una oxidación: toma electrones del sustrato que es oxidado. Así, los agentes oxidantes ganan electrones (es decir, se reducen).
2.     La reducción: es la ganancia de electrones, una sustancia que gana electrones en una reacción es reducida.
Las reacciones de oxidación y reducción siempre suceden en forma simultánea. Un sustrato es oxidado y el otro es reducido.
Un agente reductor: es una sustancia que dona o cede electrones (y en el proceso se oxida). Las oxidaciones pueden asumir varias formas, como la eliminación de hidrógeno (deshidrogenación), adición de oxígeno o eliminación de electrones.

La deshidrogenación es la forma más común de oxidación biológica
Estabilización De Estados De Transición Mediante Catalizadores

El estado de transición: es un arreglo inestable de átomos en el que los enlaces químicos están en proceso de formación o de ruptura. Los estados de transición tienen tiempos de vida extremadamente cortos (de unos 10–14 a 10–13 segundos, que es el tiempo de una vibración de enlace)
El estado de transición ocurre en el máximo de la barrera de activación. Es la cantidad de energía que debe superarse para que se efectúe la reacción. Cuanto más baja sea la barrera, el estado de transición es más estable y la reacción se efectúa con más frecuencia.
La energía que se requiere para llegar al estado de transición a partir del estado basal de los reactivos se llama energía de activación de la reacción, y con frecuencia se le llama barrera de activación.
Los compuestos intermedios, a diferencia de los estados de transición, pueden tener la estabilidad suficiente para poder detectarse o aislarse.
Los catalizadores crean rutas de reacción que tienen menores energías de activación que las de las reacciones no catalizadas. Los catalizadores participan directamente en las reacciones porque estabilizan los estados de transición que hay en las rutas de reacción. Las enzimas son catalizadores que aceleran las reacciones porque disminuyen la energía total de activación. Causan aumento de velocidad al formar una ruta de varios pasos (con uno o varios compuestos intermedios) en el que cada uno de los pasos tiene menor energía de activación que los estados correspondientes en la reacción no enzimática.

Paso  en una reacción enzimática:
1.     Formación de un complejo no covalente de enzima y sustrato, ES.
 Cuando los reactivos se enlazan con las enzimas pierden mucha entropía.
En una reacción entre A y B, la formación del complejo EAB reúne y ubica a los reactivos haciendo que la probabilidad de la reacción catalizada por la enzima sea mucho mayor que la no catalizada.
Una unión correcta con el sustrato explica gran parte del poder catalítico de las enzimas.
2.    Los sitios activos de las enzimas enlazan sustratos y productos. También se unen a estados de transición. Es probable que los estados de transición se unan a sitios activos con mucha más fuerza de lo que lo hacen los sustratos.
La unión de sustratos, seguida por la unión de estados de transición, permite tener el máximo aumento de velocidad en la catálisis enzimática.
Modos químicos de la catálisis enzimática
 
La formación de un complejo ES coloca a los reactivos en la cercanía de residuos de aminoácidos del sitio activo de la enzima. Las cadenas laterales ionizables participan en dos clases de catálisis química: catálisis ácido-base y catálisis covalente, son los dos modos químicos principales de catálisis.
A.   Catálisis ácido-base
En la catálisis ácido-base, la aceleración de una reacción se debe a la transferencia catalítica de un protón. Esta catálisis ácido-base es la forma más común de catálisis en química orgánica, y también es común en las reacciones enzimáticas. Las enzimas que la hacen se basan en cadenas laterales de aminoácido que pueden donar y aceptar protones en las condiciones de pH neutro de las células. Este tipo de catálisis ácido-base, donde intervienen agentes de transferencia de protones, se llama catálisis ácido-base general.

Los sitios activos de estas enzimas son el equivalente biológico de una solución de ácido o base. Conviene usar B: para representar a una base o aceptador de protón, y BH para representar su ácido conjugado, un donador de protón. Un aceptor de protón puede ayudar a las reacciones en dos formas. Puede romper los enlaces O—H, N—H, incluso algunos C—H, quitando a un protón.
B.   Catálisis covalente
En la catálisis covalente se une un sustrato en forma covalente a la enzima y se forma un compuesto intermedio reactivo. La cadena lateral que reacciona de la enzima puede ser un nucleófilo o un electrófilo. La catálisis nucleofílica es más común. En el segundo paso de la reacción se transfiere una porción del sustrato del compuesto intermedio a un segundo sustrato.
Este es un mecanismo común en bioquímica para acoplar dos reacciones diferentes.
Modos de enlazamiento en la catálisis enzimática

De acuerdo con estudios de catalizadores no enzimáticos, se estima que la catálisis ácido-base puede acelerar una reacción enzimática típica en un factor de entre 10 a 100. La catálisis covalente puede permitir la obtención del mismo aumento de velocidad. Con lo importante que son estos modos químicos, sólo forman una pequeña parte de los aumentos observados de velocidad debidos a las enzimas (típicamente de 108 a 1012). La capacidad que tienen las proteínas para unirse en forma específica y orientar a los ligandos explica el resto. El propio enlace de los reactivos en el sitio activo de la enzima provee no sólo la especificidad del sustrato y la reacción, sino también la mayor parte del poder catalítico de las enzimas.
Hay dos modos catalíticos que se basan en los fenómenos de enlace:
1.    Efecto de proximidad: es de reacciones multisustratos que es la recolección y el posicionamiento correcto de las moléculas de sustrato en el sitio activo,  aumentando sus concentraciones efectivas respecto a sus concentraciones en solución normal. Del mismo modo, el enlazamiento de un sustrato cerca de un residuo en el sitio activo disminuye la energía de activación, porque reduce la entropía y aumenta las concentraciones efectivas de estos dos reactivos. Las altas concentraciones efectivas favorecen la formación más frecuente de estados de transición.
Una catálisis eficiente requiere que la unión de reactivos con enzimas sea bastante débil, porque un enlazamiento extremadamente fuerte inactivaría a la catálisis.


2.    Estado de transición: que se produce en la interacción ligando-enzima es el mayor enlazamiento de los estados de transición con enzimas, en comparación con la unión de sustratos o productos. Hay un equilibrio (no el equilibrio de la reacción) entre ES y el estado enzimático de transición, ES‡. La interacción entre la enzima y sus ligandos en el estado de transición desplaza este equilibrio hacia ES‡ y disminuye la energía de activación.

Los experimentos parecen indicar que la proximidad puede hacer aumentar las velocidades de reacción más de 10 000 veces, y que la estabilización del estado de transición puede aumentar las velocidades de reacción cuando menos de igual modo. Las enzimas pueden alcanzar aumentos extraordinarios de velocidad cuando los dos efectos se multiplican por los efectos de la catálisis química.


Enzimas requieren cationes inorgánicos


Más de la cuarta parte de todas las enzimas conocidas requieren cationes metálicos para tener actividad catalítica total.
Estas enzimas se pueden dividir en dos grupos:
1.    Enzimas activadas por metal: tienen necesidad absoluta de iones metálicos adicionales, o son estimuladas por adición de iones metálicos. Algunas de esas enzimas requieren cationes monovalentes, como y otras necesitan cationes divalentes


2.    Metaloenzimas: Contienen iones metálicos firmemente unidos en sus sitios activos. Los iones que más se suelen encontrar en las metaloenzimas son de metales de transición como hierro y zinc, y con menos frecuencia cobre y cobalto. Los iones metálicos que se unen fuertemente a las enzimas con frecuencia tienen funciones predominantes en la catálisis. Los iones de algunas metaloenzimas pueden funcionar como catalizadores electrofílicos.
Esta enzima tiene una velocidad catalítica muy alta, en parte debido a la simplicidad de su mecanismo
 Los iones de otras metaloenzimas pueden tener reacciones reversibles de oxidación y reducción, al transferir electrones de un sustrato reducido a un sustrato oxidado.

Clasificación de las coenzimas


Se puede clasificar de la siguiente forma:

1.    Cousustrato: son sustratos en reacciones catalizadas por enzimas, un cosustrato se altera durante la reacción y se disocia del sitio activo. La estructura original del cosustrato se regenera en una reacción posterior, catalizada por otra enzima. El cosustrato se recicla en forma repetida dentro de la célula, a diferencia de un sustrato ordinario, cuyo producto, en el caso típico, sufre una transformación posterior. Los cosustratos llevan y traen grupos metabólicos entre distintas reacciones catalizadas por enzimas.


2.    Grupo prostético: permanece unido a la enzima durante la reacción. En algunos casos, el grupo prostético se une en forma covalente a su apoenzima en tanto que en otros casos está firmemente unido al sitio activo por muchas interacciones débiles. Igual que los residuos iónicos de aminoácido del sitio activo, un grupo prostético debe regresar a su forma original durante cada evento catalítico total, o la holoenzima no seguirá siendo catalíticamente activa.

Los cosustratos y los grupos prostéticos son parte del sitio activo de las enzimas. Suministran grupos reactivos que no están disponibles en las cadenas laterales de los residuos de aminoácido.



VITAMINAS

MACRONUTRIENTES

*      Glúcidos: polisacáridos y disacáridos
*      Lípidos: triacilglicéridos, fosfolípidos, colesterol y ácidos grasos esenciales colesterol y ácidos grasos esenciales
*      Proteínas: aminoácidos esenciales y no esenciales
*      Fibra

MICRONUTRIENTES

*      Vitaminas: hidrosolubles y liposolubles
*      Minerales: calcio, magnesio, fósforo, hierro, sodio, potasio, cloruro, yodo, zinc, cobre, manganeso, selenio, molibdeno.

VITAMINAS
•Compuestos orgánicos que se requieren en pequeñas cantidades para cumplir diversas funciones bioquímicas.
•En general, no pueden sintetizarse por •En general, no pueden sintetizarse por los organismos y deben provenir de la dieta.
•Su rol más prominente es actuar como cofactores de reacciones enzimáticas.
Asignaciones dietéticas  recomendadas (RDA)
Nivel de ingestión de nutrientes esenciales adecuados para prevenir la aparición de deficiencia nutricional en al menos el 97 % de la población.

CLASIFICACIÓN

•Vitaminas hidrosolubles:se almacenan en pequeña cantidad y su solubilidad permite eliminar rápidamente el exceso el exceso
•Vitaminas liposolubles:pueden ser almacenadas, lo cual puede causar toxicidad cuando se acumulan en exceso.

VITAMINAS HIDROSOLUBLES
ü  •Vitamina C-ácido ascórbico
ü  •Complejo B
ü  •Vitamina B1-Tiamina
ü  •Vitamina B2 -Riboflavina
ü  •Vitamina B2 -Riboflavina
ü  •Vitamina B3-Niacina
ü  •Vitamina B5-Acido Pantoténico
ü  •Vitamina B6 -Piridoxal
ü  •Vitamina B8-Biotina
ü  •Vit. B12 –Cobalamina
ü  •Acido Fólico
ü  Pirofosfato de tiamina
Vitamina B
Vitamina B11
Tiamina Presente en granos, cerdo, leguminosas, semillas y frutos secos.

Reacciones dependientes de pirofosfato de tiamina

El pirofosfato de tiamina es cofactor de:
•piruvato y α-cetoglutarato deshidrogenasa (síntesis de acetil-CoA y ciclo de Krebs) (síntesis de acetil-CoA y ciclo de Krebs)
•deshidrogenasa de cetoácidos de cadena ramificada (metabolismo de Leu, Ile y Val)
•transcetolasa (vía de las pentosas).

La deficiencia severa de tiamina en la dieta compromete la capacidad de generar energía de las células provocando graves problemas neurológicos y cardíacos.
Esta enfermedad conocida como beriberi se Esta enfermedad conocida como beriberi se caracteriza por causar atrofia, debilidad muscular, edemas y trastornos cardíacos.
Presenta elevada incidencia en regiones donde la dieta se basa en arroz descascarillado, que tiene un contenido muy bajo de tiamina.

Vitamina B2
Riboflavina
Precursora de FMN y FAD, grupo prostético de flavoproteínas
Presente en lácteos, carne, pollo, pescado y legumbres.


La función de FMN y FAD es la transferencia de 1 ó 2 electrones en reacciones redox

*      La coenzima se encuentra unida fuertemente a la proteína, a veces de forma covalente, por lo cual no pueden transferir los electrones cual no pueden transferir los electrones difundiendo de una enzima a otra.
*      Versatilidad como mediadores de una gran variedad de procesos redox, presentes en deshidrogenasas, oxidasas y monooxigenasas

*      Aunque las deficiencias de Riboflavina, son muy poco frecuentes, en dichos casos se observa un retraso en el crecimiento, perturbaciones oculares, degeneración de mielina y debilidad muscular.


Vitamina B3
Niacina (Ácido nicotínico y nicotinamida)
Dan origen a las coenzimas NAD+y NADP+
Presente en carne roja, pollo, pescado y cereales integrales
La niacina no es estrictamente una vitamina porque puede sintetizarse a partir del aminoácido esencial triptofano.
La síntesis requiere B1, B2 y B6.



Funciones biológicas del NAD+y NADP+

•NAD+es elprincipal recolector de equivalentes de reducción durante la degradación oxidativa. En su forma reducida (NADH), transporta estos equivalentes de reducción a la cadena respiratoria mitocondrial. respiratoria mitocondrial.
NADPHa pesar de llevar a cabo el mismo proceso redox, es el encargado de donar electrones en la mayoría de los procesos biosintéticos, participando en las rutas anabólicas.


La pelagraes una enfermedad originada por una insuficiencia en la dieta de triptófano y niacina, asociada a poblaciones alimentadas con una dieta en base al maíz (cuyas proteínas son muy pobres en el contenido de Trp).
Sus síntomas característicos son: dermatitis, Sus síntomas característicos son: dermatitis, diarreas y demencia.
Actualmente esta enfermedad es muy poco común y se observa en alcohólicos o pacientes con trastornos importantes en la absorción.


Vitaminas hematopoyéticas:
Taminas hematopoyéticas:
Acido Fólico (Ácido pteroil glutámico)
Presente en cereales, legumbes, frutos cítricos y vegetales de hoja verde.

*      Dentro de la célula, el folato (forma oxidada) se convierte en su forma activa tetrahidrofolato (THF), mediante dos reacciones sucesivas de reducción. •El THF puede transportar unidades monocarbonadas en diferentes estados de oxidación unidas a N-5 (formil, formimino, metilo), a N-10 (formilo) o a ambos (metileno o metenilo).

*      La carencia de folato provoca el bloqueo en la síntesis de ADN, lo cual lleva a que las células se detengan en fase S y a un cambio megaloblástico en el tamaño y forma de los núcleos de las células en división.

*      En la médula ósea se retarda la maduración de los •En la médula ósea se retarda la maduración de los hematíes, produciendo anemia macrocítica (hematíes grandes con membranas frágiles).

*      Moléculas inhibidores del metabolismo de folato pueden ser usados como drogas anticancerígenas y como agentes antimicrobianos.

Vitamina C
Ácido L-ascórbico.

Los humanos y otros primates han perdido la capacidad de sintetizar vitamina C.
Está presente en cítricos, papas, brócoli, espinaca, frutillas, tomates, morrones.

Procesos en los que interviene la Vitamina C:
*      •Antioxidante hidrosoluble. Reacciona con radicales libres y oxidantes.
*      •Síntesis de colágeno. Cofactor de la prolina  hidroxilasa y de la lisina hidroxilasa que participan en la formación del colágeno. participan en la formación del colágeno. •Degradación de tirosina.
*      •Síntesis de adrenalina a partir de tirosina.
*      •Formación de sales biliares.
*      •Síntesis de hormonas esteroideas.
*      •Absorción de hierro. Reduce el Fe(III

VITAMINAS LIPOSOLUBLES
ü  •Vitamina A-retinol
ü  •Vitamina D3-calcitriol
ü  •Vitamina E-α-tocoferol
ü  •Vitamina E-α-tocoferol
ü  •Vitamina K–menaquinona.

Solo se absorben bien cuando la absorción de los lípidos es normal.
Se transportan por la sangre unidas a lipoproteínas.
Si se consume vitamina A o D en exceso puede haber toxicidad.  


Vitamina A
Los retinoides(retinol, retinaldehído y ácido retinoico) constituyen la vitamina A preformada y se encuentran en alimentos de origen animal. origen animal.
Los carotenoidesse encuentran en plantas y constituyen la provitamina A, pues pueden ser clivados para formar los retinoides.

El retinol y el ácido retinoico actúan como las hormonas esteroideas, uniéndose a receptores nucleares y participando en la regulación de la expresión génica y la diferenciación celular.
La vitamina A es fundamental para el La vitamina A es fundamental para el mantenimiento de los tejidos epiteliales, para la síntesis adecuada de queratina y para la síntesis de glicoproteínas que humectan los epitelios.
La vitamina A tiene un rol antioxidante

Las deficiencias en vitamina A conducen a:
 •ceguera nocturna
 •xeroftalmia (queratinización de la córnea y pérdida de la visión)
•hiperqueratosis folicular (piel queratinizada
•hiperqueratosis folicular (piel queratinizada similar a la “piel de gallina”)
•susceptibilidad a infecciones y anemia.

El consumo de vitamina A en exceso, puede resultar tóxico

Vitamina D
*      Regulación de la absorción y homeostasis del Regulación de la absorción y homeostasis del calcio. calcio.
*      Actúa vía receptores nucleares que afectan la Actúa vía receptores nucleares que afectan.
*      Actúa vía receptores nucleares que afectan la Actúa vía receptores nucleares que afectan la expresión génica. Es de hecho una hormona. expresión génica. Es de hecho una hormona.
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CARBOHIDRATOS
Los monosacáridos son sólidos blancos, cristalinos y solubles en agua que tienen sabor dulce. Entre los ejemplos están la glucosa y la fructosa. Desde el punto de vista químico, los monosacáridos son polihidroxi aldehídos o aldosas, o polihidroxi cetonas o cetosas.

Se clasifican por el tipo de grupo carbonilo y por la cantidad de átomos de carbono.
Todos los monosacáridos tienen al menos tres átomos de carbono.

Conformaciones de los monosacáridos
Debido a su simplicidad, las proyecciones de Haworth se usan con frecuencia en bioquímica. Esas fórmulas muestran la configuración de los átomos y los grupos en cada átomo de carbono de la columna vertebral del azúcar. Sin embargo, la geometría de los átomos de carbono de un anillo de monosacárido es tetraédrica (ángulos de enlace cercanos a 110°), por lo que en realidad los anillos de monosacárido no son planos. Los monosacáridos cíclicos pueden tener diversas conformaciones, o formas tridimensionales que tienen la misma configuración. Los anillos de furanosa adoptan conformaciones de sobre en las que uno de los cinco átomos del anillo (C-2 o C-3) está fuera del plano, y los cuatro restantes son aproximadamente coplanares. Las furanosas también pueden formar conformaciones torcidas, donde dos de los cinco átomos del anillo están fuera del plano, uno a cada lado del plano formado por los otros tres átomos. La estabilidad relativa de cada confórmero depende del grado de interferencia estérica entre los grupos hidroxilo. Los diversos confórmeros de monosacáridos no sustituidos pueden convertirse rápidamente entre sí
Derivados de los monosacáridos
Hay muchos derivados de los monosacáridos básicos que ya se describieron en las secciones anteriores. Entre estos derivados están los monosacáridos polimerizados, como los oligosacáridos y los polisacáridos, igual que varias clases de compuestos no polimerizados. En esta sección se presentarán algunos derivados de monosacárido, incluyendo fosfatos de azúcar, desoxi y aminoazúcares, azúcares alcoholes, azúcares ácidos y el ácido ascórbico (vitamina C).


A.           Fosfatos de azúcar
Los fosfatos de triosa, el 5-fosfato de ribosa y el 6-fosfato de glucosa son ésteres alcohol-fosfato simples. El 1-fosfato de glucosa es un fosfato de hemiacetal, más reactivo que un fosfato de alcohol.
B. Desoxiazúcares
En esos derivados, un átomo de hidrógeno sustituye a uno de los grupos hidroxilo del monosacárido precursor. La 2-desoxi-D-ribosa es un bloque constructivo importante en el ADN.
C. Aminoazúcares
En varios azúcares, un grupo amino sustituye uno de los grupos hidroxilo del monosacárido precursor. A veces el grupo amino está acetilado. En la figura 8.15 se ven tres ejemplos de aminoazúcares. Los aminoazúcares de la glucosa y la galactosa se suelen presentar en glucoconjugados.
D. Azúcares alcoholes
En un azúcar alcohol el oxígeno carbonílico del monosacárido precursor se ha reducido y se produce un polihidroxialcohol.
E. Azúcares ácidos
Los azúcares ácidos son ácidos carboxílicos derivados de las aldosas, sea por oxidación de C-1 (el carbono aldehídico) para formar un ácido aldónico, o por oxidación del carbono con número mayor (el que tiene el alcohol primario) para formar un ácido aldurónico

F. Ácido ascórbico
El ácido L-ascórbico, o vitamina C, es un enodiol de una lactona derivada del D-glucoronato. Los primates no pueden convertir glucoronato en ácido ascórbico, y en consecuencia deben obtenerlo en su dieta. El ácido ascórbico es un cofactor esencial para las enzimas que catalizan la hidroxilación de los residuos de prolina y lisina durante la síntesis de colágena.
Disacáridos y otros glicósidos
El enlace glicosídico es el principal enlace estructural en todos los polímeros de los monosacáridos. Es un enlace acetal, donde el carbono anomérico de un azúcar se condensa con un alcohol, una amina o un tiol. Por ejemplo, la glucopiranosa puede reaccionar con metanol en solución ácida, para formar un acetal. Los compuestos que tienen enlaces glicosídicos se llaman glicósidos. Los glucósidos son una clase especial de glicósidos, donde la glucosa aporta el carbono anomérico. Entre los glicósidos hay disacáridos, polisacáridos y algunos derivados de carbohidrato.
Polisacáridos
Con frecuencia se divide a los polisacáridos en dos clases extensas. Los homoglicanos (u homopolisacáridos) son polímeros que sólo contienen residuos de un tipo de monosacárido. Los heteroglicanos (o heteropolisacáridos) son polímeros que contienen residuos de más de un tipo de monosacárido. A diferencia de las proteínas, cuyas estructuras primarias se codifican por el genoma y tienen así longitudes específicas, los polisacáridos se forman sin una plantilla, por adición de determinados residuos de monosacárido y oligosacárido. El resultado es que las longitudes y las composiciones de las moléculas de polisacárido pueden variar dentro de una población.
A. Almidón y glucógeno
Todas las especies sintetizan D-glucosa. El exceso de glucosa se puede descomponer y producir energía metabólica. Los residuos de glucosa se almacenan como polisacáridos, hasta que se necesitan para producir energía. El homoglicano de almacenamiento más común de la glucosa en las plantas y los hongos es el almidón; y en los animales es el glucógeno. Ambos tipos de polisacárido existen en las bacterias.
B. Celulosa y quitina
La celulosa es un polisacárido estructural. Es uno de los principales componentes de las paredes celulares rígidas que rodean muchas células vegetales. Los tallos y las ramas de muchas plantas están formados principalmente por celulosa. Este solo polisacárido forma un porcentaje apreciable de toda la materia orgánica en la Tierra. Igual que la amilosa, la celulosa es un polímero lineal de residuos de glucosa, pero en la celulosa esos residuos están unidos por enlaces b-(1 → 4) y no por enlaces a-(1 → 4).
GENERALIZANDO
Monósacaridos: Es una unidad y ya no se sbdivide en más por hidrolisis ácida o enzimatica.
·         Simples: Cadenas de átomos de carbono con varios grupos -OH y un grupo -O.
·         Derivados: Monósacaridos modificados.
Oligosacaridos: Formados por la unión de dos, tres o cuatro moléculas de monósacaridos.
Polisacaridos: Son el producto de la unión  de numerosas moléculas de monósacaridos.
·         Simples: Unión de numerosas moléculas de monóacaridos.
·         complejos: Unión de moléculas de monóacaridos derivados.
Disacaridos: Es un carbohidrato formado por dos unidades de monósacaridos, estas unidades estan unidas mediante un enlace glucosidico.
IMPORTANCIA
Los carbohidratos tienen funciones muy diversas en el organismo; desde la transferencia de energía entre las células, como es el caso de la glucosa que es el sustrato energético fundamental y combustible universal para el feto, hasta la función de reconocimiento célular y proteíco pasando por la función de reserva energética bajo la forma y resistencia de los orgánismos vegetales en forma de celulosa. Los carbohidratos pueden ser precursores de lípidos y de factores vitaminicos como el ácido ascorbico y el inositol de determinados organismos.