SABERES CONCEPTUALES

UNIDAD I. INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA

Taller de Refuerzo N°1

Tema: Nociones Previas

Semestre I

La siguiente lista presenta nociones de vital importancia para la comprensión de la unidad correspondiente a las proteínas. Realizar cada uno de los puntos anexos.

1.    ¿Cómo se define la bioquímica?

La bioquímica es una ciencia que estudia la composición química de los seres vivos.          

    

2.    ¿Cuáles son las biomoléculas de interés bioquímico?

La bioquímica se interesa en el estudio y análisis de las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos (metabolismo) que les permiten obtener energía (catabolismo) y generar biomoléculas propias (anabolismo).               

3.    Defina cada una de las biomoléculas estudiadas por la bioquímica

·         Proteínas: Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos que están unidos por un tipo de enlaces conocidos como enlaces peptídicos. El orden y la disposición de los aminoácidos dependen del código genético de cada persona.

·         Carbohidratos: Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuyas principales funciones en los seres vivos son el brindar energía inmediata y estructural. 

·         Lípidos: son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas), que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida por oxígeno. También pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno.

·         Ácidos nucleicos: son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, de millones de nucleótidos encadenados. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.

4.    ¿Qué es metabolismo?

​Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida, a escala molecular y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a estímulos, entre otras actividades.

5.    ¿Cómo se define una ruta metabólica?

En bioquímica, una ruta metabólica o vía metabólica es una sucesión de reacciones químicas donde un sustratoinicial se transforma y da lugar a productos finales, a través de una serie de metabolitos intermediarios.

6.       ¿Qué es una patología?

La patología humana es la rama de la medicina encargada del estudio de las enfermedades en las personas. De forma más específica, esta disciplina se encarga del estudio de los cambios estructurales bioquímicos y funcionales que subyacen a la enfermedad en células, tejidos y órganos.

7.       ¿Qué es Odontología? Y ¿Cuál es la pertinencia del estudio en la bioquímica con la disciplina odontológica?

La odontología es una de las ciencias de la salud que se encarga del diagnóstico, tratamiento y prevención de las enfermedades orales. La Bioquímica en la Odontología nos ayuda en el análisis, por ejemplo las caries que sucede con lo que comemos y que efecto tienen ciertas sustancias sobre el esmalte, la dentina, entre otros.

8.       Defina los siguientes conceptos:

·         Péptido: son un tipo de moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos mediante enlaces peptídicos. Los péptidos, al igual que las proteínas, están presentes en la naturaleza y son responsables de un gran número de funciones, muchas de las cuales todavía no se conocen.

•          Polipéptido: es el nombre utilizado para designar un péptido de tamaño suficientemente grande; como orientación, se puede hablar de más de 10 aminoácidos.
•             Proteínas: Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos que están unidos por un tipo de enlaces conocidos como enlaces peptídicos. El orden y la disposición de los aminoácidos dependen del código genético de cada persona.
•             Aminoácidos: Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH₂) y un grupo carboxilo (-COOH).¹​ Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. 
•            Aminoácidos esenciales: son aquellos que el propio organismo no puede sintetizar por sí mismo. Esto implica que la única fuente de estos aminoácidos en esos organismos es la ingesta directa a través de la dieta.
•           Aminoácidos no esenciales: Se llama aminoácidos no esenciales a todos aminoácidos que el cuerpo los puede sintetizar, y que no necesita hacer la ingesta directa en una dieta.

·         Mencione a los Aminoácidos esenciales y no esenciales:

Esenciales	No esenciales
Isoleucina (Ile)	Alanina (Ala)
Leucina (Leu)	Tirosina (Tyr)
Lisina (Lys)	Aspartato (Asp)
Metionina (Met)	Cisteína (Cys)
Fenilalanina (Phe)	Glutamato (Glu)
Treonina (Thr)	Glutamina (Gln)
Triptófano (Trp)	Glicina (Gly)
Valina (Val)	Prolina (Pro)
Histidina (His) (condicionalmente)	Serina (Ser)
Arginina (Arg) (condicionalmente)	Asparagina (Asn)

TALLER ANEXO Nº 2

El agua, complemento fundamental.

 Saberes conceptuales: El agua, propiedades fisicoquímicas, noción de pH,   escala de pH,     concepto Ka yKb, concepto de solución buffer,

Resolver los siguientes cuestionamientos:

1.    ¿cuál es la importancia del agua para la bioquímica?

R/El agua es un elemento líquido que se encuentra en muchas partes del planeta Tierra en diferentes formas (salada, dulce, etc.). En el caso particular del ser humano, el agua es importante para ser consumida (en cuyo caso tiene que estar potabilizada) y para que el organismo pueda seguir funcionando de manera correcta. En este sentido, podemos decir que el agua es responsable de que todos los tejidos desarrollen sus funciones y capacidades de manera efectiva. Cuando una persona sufre un estado de deshidratación o de falta de agua, estos tejidos comienzan a perder sus capacidades y las funciones son minimizadas al máximo.

2.    ¿Cómo es la estructura molecular del agua?

R/El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son:

· La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.

· La molécula de agua es neutra.

· La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.

· El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.

3.    ¿Cuáles son las Propiedades físicas del agua? Enumere y explique cada una de ellas.

R/El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas propiedades son:

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO: para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas.

ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN: el agua absorbe mucha energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso.

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire. Como las moléculas de agua están tan juntas el agua es incompresible.

CAPILARIDAD: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada cohesión o adhesión molecular.

ALTA CONSTANTE DIELÉCTRICA: la mayor parte de las moléculas de agua forman un dipolo, con un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo.

BAJO GRADO DE IONIZACIÓN: la mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.

LA DENSIDAD DEL AGUA: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de Hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen

4.    ¿Explique como el agua solubiliza compuestos orgánicos e inorgánicos?

R/

Propiedades	Compuestos orgánicos	Compuestos inorgánicos
Fuentes	Pueden extraerse de materias primas que se encuentran en la naturaleza, de origen animal o vegetal, o por síntesis orgánica. El petróleo, el gas natural y el carbón son las fuentes más importantes.	Se encuentran libres en la naturaleza en forma de sales, óxidos.
Elementos	Básicos: C, H. Ocasionales: O, N, S, y halógenos Trazas: Fe, Co, P, Ca, Zn	Todos los elementos de la tabla periódica (104).
Enlace predominante	Covalente, formados por pares electrónicos compartidos.	Iónico formado por iones y metálico formado por átomos.
Estado físico	Gases, líquidos o sólidos.	Son generalmente sólidos.
Reacciones	Lentas y rara vez cuantitativas	Instantáneas y cuantitativas.
Volatilidad	Volátiles.	No volátiles.
Destilación	Fácilmente destilables.	Difícilmente destilables.
Puntos de fusión	Bajos: 300o C	Altos: 700o C
Solubilidad en agua	No solubles.	Solubles.
Solubilidad en solventes orgánicos	Solubles.	No solubles.
Puntos de ebullición	Bajos: las fuerzas entre sí muy débiles.	Altos: las fuerzas entre los iones muy fuertes.
Estabilidad frente al calor	Muy poco estables, la mayoría son combustibles.	Son muy estables, por lo general no arden.
Velocidad de reacción a temperatura ambiente	Lentas.	Rápidas.
Velocidad de reacción a temperaturas superiores	Moderadamente rápidas.	Rápidas.
Catalizadores	Se utilizan con frecuencia.	No.
Reacciones secundarias	Presentes, generalmente.	No.
Mecanismo de reacción	Iónico, por radicales y otros.	Generalmente iónico.
Conductividad en solución	No conducen la corriente eléctrica (no electrolitos).	Conducen la corriente eléctrica (electrolitos).
Isomería	Exhiben isomería.	La isomería se limita a un reducido número de casos.

5.    ¿Cómo se da el proceso de solvatación?

R/ es el proceso de asociación de moléculas de un disolvente con moléculas o iones de un soluto. Al disolverse los iones en un soluto, se dispersan y son rodeados por moléculas de solvente. A mayor tamaño del ion, más moléculas de solvente son capaces de rodearlo, y más solvatado se encuentra el ion. La razón de ello es que la fuerza electrostática entre el núcleo del ion y la molécula del solvente disminuye de forma marcada con la distancia entre la molécula de solvente y el núcleo del ion. Así, el ion más grande se une fuertemente con el solvente y por ello se rodea de un gran número de moléculas de solvente al mismo tiempo.

6.    ¿Explique  las Propiedades químicas del agua?

·         R/ Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: debido a los puentes de hidrógeno que se establecen las moléculas de agua permanecen unidas entre sí de forma más intensa que en otros compuestos similares.

·         El agua es un líquido prácticamente incompresible: no es fácil reducir su volumen mediante presión, pues las moléculas de agua están enlazadas entre sí manteniendo unas distancias intermoleculares más o menos fijas. Por ello muchos organismos usan agua para fabricar sus esqueletos hidrostáticos, como los anélidos y celentéreos.

·         Elevada tensión superficial: su superficie opone gran resistencia a romperse, lo que permite que muchos organismos puedan “andar” sobre el agua y vivan asociados a esa película superficial.

·         Capilaridad: ascenso de la columna de agua a través de tubos de diámetro capilar, fenómeno que depende de la capacidad de adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los conductos capilares y de la cohesión de las moléculas de agua entre si. Las plantas utilizan esta propiedad para la ascensión de la sabia bruta por el xilema.

·         Elevado calor específico: Hace falta mucha energía para elevar su temperatura. esto convierte al agua en un buen aislante térmico.

·         Elevado calor de vaporización: debido a que para pasar al estado sólido parte de la energía suministrada se emplea en romper los enlaces de puentes de hidrógeno.

·         Mayor densidad en estado liquido que en estado sólido: el hielo flota en el agua.

·         Elevada constante dieléctrica. Al ser un dipolo el agua se convierte en el gran disolvente universal: compuestos iónicos y polares se disuelven fácilmente en agua.

·         Bajo grado de ionización: sólo una de cada 551.000.000 moléculas de agua se encuentra disociada en forma iónica. La concentración de iones hidroxilo (OH-1) y de iones de hidrógeno (protones) H+ es la misma 10-7 molar. El agua es desde el punto de vista del pH, neutra.

7.    ¿Qué significa  pH y cuál es su importancia Bioquímica?

R/ El símbolo pH es utilizado mundialmente para hacer referencia a la fórmula del potencial de hidrógeno (H), es decir la cantidad de hidrógeno que existe en una solución. Así, las diferentes sustancias con las que podemos entrar en contacto poseen un nivel de pH diferenciado que los caracteriza y que los hace especialmente útiles o beneficiosos para determinados casos. La escala del pH se establece en torno a lo que se considera el nivel medio: el agua. Este recurso natural posee una acidez y una alcalinidad nula, por lo cual se considera el punto medio entre los dos extremos, el ácido y el alcalino

8.    Grafique la escala de pH y señale las zonas fuertes y débiles de los ácidos y los álcalis.

R/

9.     ¿Cómo se calcula el pH de soluciones acuosas ácidos y bases fuertes?

R/ Ácidos fuertes Existen ácidos que en disolución acuosa diluida, están totalmente disociados, según la reacción:

HA + H2O " A- + H3O+

Hay que indicar que sólo hay seis ácidos fuertes en disolución acuosa: HCl, HBr, HI, HClO4, HNO3 y H2SO4 en su primera disociación, el resto son ácidos débiles. Al estar trabajando con disoluciones acuosas de ácidos, también deberíamos considerar la reacción de autoionización del agua:

H2O + H2O D H3O+ + OH-

Pero dado el pequeño valor de la constante de este equilibrio (Kw = 10-14), se va a considerar que las concentraciones de los iones derivados del mismo son despreciables frente a los generados en el equilibrio del ácido. Se pueden dar casos donde esto no sea así, si bien, no son objeto de estudio de este artículo docente. Siempre que el ácido aporte una concentración de H3O+ mayor que 10-6 M no hará falta considerar los H3O+ procedentes de la autoionización del agua

10. ¿Cómo se calcula el pH de soluciones acuosas ácidos y bases debiles?

R/ Ácidos débiles Los ácidos débiles reaccionan con el agua según el equilibrio:

HA + H2O D A- + H3O+       

Es importante resaltar que a este proceso le corresponde una constante de equilibrio o acidez (Ka). Cuanto mayor sea el valor de Ka, el ácido será más fuerte, es decir, estará más disociado.

11. ¿Que significa  Ionización de un acido y un álcali?

R/

12. Que significa  que pka y pkb

R/ pK_a es la fuerza que tienen las moléculas al disociarse (es el logaritmo negativo de la constante de disociación ácida de un ácido débil).

Una forma conveniente de expresar la relativa fortaleza de un ácido es mediante el valor de su pK_a, que permite ver de una manera sencilla en cambios pequeños de pK_a los cambios asociados a variaciones grandes de K_a. Valores pequeños de pK_a equivalen a valores grandes de K_a (constante de disociación) y, a medida que el pK_a decrece, la fortaleza del ácido aumenta.

Un ácido será más fuerte cuanto menor es su pKa y en una base ocurre al revés, que es más fuerte cuanto mayor es su pKa

-La constante pK_b es una medida de la basicidad de una sustancia obtenida a partir del logaritmo negativo de su constante de disociación básica K_b:

pKb = - log10 Kb

El valor pK_b es una versión útil de la constante K_b ya que evita el uso de potencias de diez.

De manera análoga se define pK_a como el logaritmo negativo de la constante de disociación ácida K_a:

pKa = - log10 Ka

Ambas constantes se relacionan según la siguiente ecuación (similar a la ecuación que relaciona pH y pOH):

pKa + pKb = 14

13. Como se ioniza un acido mono, di y tri protico

R/

14. ¿Qué es una Solución buffer reguladora o tapón y cuál es su importancia para la vida?

R/. Un tampón o buffer es una o varias sustancias químicas que afectan a la concentración de los iones de hidrógeno (o hidronios) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un buffer (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH.

Cuando un buffer es añadido al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.

15. Describa cómo reacciona una solución buffer al adicionar ácidos y álcalis 

R/ Cuando un "buffer" es adicionado al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante.
De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.

16. ¿Cuál es el pH de la saliva y Cómo funcionan los sistemas  amortiguadores de la saliva?

R/ El equilibrio del pH (alcalinidad versus acidez) de la saliva normalmente varía entre 6,2 y 7,4, con niveles de pH más elevados que se observan con frecuencia durante un aumento en la secreción de la saliva, por ejemplo, al oler mientras se cocina una comida o cuando se tiene apetito y se ven fotos de alimentos. 

17. Como se calcula teóricamente el pH de una solución buffer ( dar ejemplos).

R/ Un buffer es una solución acuosa diseñada para mantener un pH constante, incluso al ser expuesta a pequeñas cantidades de ácido o base. Ya sea ácida (pH<7) o básica (pH>7), una solución buffer consiste de un ácido débil o una base débil mezclados con una sal de su base o ácido conjugados, respectivamente. Para calcular el pH de una solución, debes usar la ecuación Henderson-Hasselbalch para buffers ácidos: pH = pKa + log10([A-]/[HA]), donde Ka es la constante de disociación del ácido débil,[A-] es la concentración de la base conjugada y [HA] es la concentración del ácido débil.

Para buffers básicos (o alcalinos), la ecuación Henderson-Hasselbach es pH = 14 - (pKb + log10([B+]/[BOH])), donde Kb es la constante de disociación de la base débil, [B+] es la concentración del ácido conjugado y [BOH] es la concentración de la base débil.

18. Explique la acidosis y alcalosis metabólica.

R/. Los términos acidosis y alcalosis se utilizan para describir situaciones anormales que aparecen por existir un exceso de ácido o de álcali (base) en la sangre. También se emplea para su descripción el concepto de trastornos del equilibrio ácido-base, siendo sus causas variadas.
Se considera normal aquel valor de pH que se mantiene dentro de unos márgenes estrechos, entre 7.35 y 7.45, de tal manera que así se garantiza el normal funcionamiento de los distintos procesos metabólicos, a la vez que se permite un transporte y liberación normal del oxígeno a los tejidos. Se está ante una acidosis cuando el pH sanguíneo cae por debajo de 7.35, mientras que se está ante una alcalosis cuando el pH es superior a 7.45. Son muchas las situaciones o enfermedades que pueden hacer variar el pH, situándolo más allá de los límites anteriormente citados.
En condiciones normales, el metabolismo del organismo genera importantes cantidades de ácidos que deben ser eliminados para mantener un pHcorrecto. La mayor parte del componente ácido está representada por el ácido carbónico, formado a partir de dióxido de carbono (CO₂) y agua. También se producen ácido láctico, cetoácidos y otros ácidos orgánicos, aunque en cantidades menores.
La acidosis tiene lugar cuando el pH de la sangre se sitúa por debajo de7.35, y puede obedecer a:

· Aumento de la producción de ácidos

· Consumo de sustancias que se metabolizan a ácidos

· Disminución de la eliminación de ácidos del organismo

· Aumento de la excreción de bases

La alcalosis tiene lugar cuando el pH es superior a 7.45, y puede ser debida a:

· Trastornos electrolíticos causados por ejemplo por vómitos prolongados o deshidratación severa

· Administración o consumo de bases

· Hiperventilación (con aumento de la eliminación de ácidos en forma de CO₂)

19. Explique la  acidosis y alcalosis respiratoria.

R/ La alcalosis: Es una afección marcada por un nivel bajo de dióxido de carbono en la sangre debido a la respiración excesiva.

 respiratoria es una reducción primaria de la Pco₂ con disminución compensadora de la concentración de HCO₃⁻ o sin ella; el pH puede ser elevado o casi normal. La causa es un aumento de la frecuencia o el volumen respiratorio (hiperventilación) o de ambos. La alcalosis respiratoria puede ser aguda o crónica. La forma crónica es asintomática, pero la aguda causa mareo, confusión, parestesias, calambres y síncope. Los signos incluyen hiperonea o taquipnea y espasmos carpopedios. El diagnóstico es clínico y se confirma a través de la medición de los gases en sangre arterial y la concentración sérica de electrolitos. El tratamiento está destinado a la causa.

La acidosis respiratoria es una afección que ocurre cuando los pulmones no pueden eliminar todo el dióxido de carbono que produce el cuerpo. Esto hace que los líquidos del cuerpo, especialmente la sangre, se vuelvan demasiado ácidos.

110. Investigue una patología relacionada con el Ph, salival o sanguíneo.

R/

ACIDOSIS TUBULAR RENAL PROXIMAL

Es una enfermedad que ocurre cuando los riñones no eliminan apropiadamente los ácidos de la sangre hacia la orina. En consecuencia, demasiado ácido permanece en la sangre (llamado acidosis).

CAUSAS

cuando el cuerpo lleva a cabo sus funciones normales, produce ácido. Si este ácido no se elimina o se neutraliza, la sangre se tornará demasiado ácida. Esto puede llevar a desequilibrios electrolíticos en la sangre. También puede causar problemas con el funcionamiento normal de algunas células.

Los riñones ayudan a controlar el nivel de ácido en el cuerpo, removiendo el ácido de la sangre y eliminándolo en la orina. Las sustancias ácidas en el cuerpo se neutralizan por medio de sustancias alcalinas, principalmente bicarbonato.

La acidosis tubular renal proximal (ATR tipo II) ocurre cuando el sistema de filtrado del riñón no reabsorbe apropiadamente el bicarbonato.

La ATR tipo II es menos común que la ATR tipo I. El tipo I también se conoce como acidosis tubular renal proximal. El tipo II se presenta con más frecuencia durante la lactancia y puede desaparecer por sí sola.

SÍNTOMAS

Los síntomas de la acidosis tubular renal proximal incluyen cualquiera de los siguientes:

· Confusión o disminución de la lucidez mental

· Deshidratación

· Fatiga

· Aumento en la frecuencia respiratoria

· Osteomalacia (ablandamiento de los huesos)

· Dolor muscular

· Debilidad

·               

PRUEBAS Y EXÁMENES

El médico llevará a cabo un examen físico y hará preguntas acerca de los síntomas.

Los exámenes que se pueden ordenar incluyen:

· Gasometría arterial

· Químicas sanguíneas 

· Nivel de pH en la sangre

· pH de la orina y prueba de sobrecarga ácida

· Un análisis de orina 

TRATAMIENTO

El objetivo del tratamiento es restaurar el nivel ácidobásico y el equilibrio electrolítico normales del cuerpo. Esto corregirá los trastornos óseos y reducirá el riesgo de osteomalacia y osteopenia en adultos.

Es posible que algunos adultos no requieran ningún tratamiento, pero todos los niños requieren medicinas alcalinas, como citrato de potasio y bicarbonato de sodio. Se trata de medicinas que ayudan a corregir el estado ácido del cuerpo. La medicina ayuda a prevenir la osteopatía causada por demasiado ácido, como el raquitismo, y permitir el crecimiento normal.

Se debe corregir la causa de la necrosis tubular renal proximal si se puede encontrar.

Posiblemente se necesiten suplementos de vitamina D y calcio para ayudar a reducir las deformidades del esqueleto que resultan de la osteomalacia

PREVENCIÓN

La mayoría de los trastornos que provocan la acidosis tubular renal proximal no se pueden prevenir. 

ENZIMAS CATALIZADORES VIDA.

Taller de refuerzo Nº 3

Saberes conceptuales: Enzimas, características y cinética de las enzimas, factores que influyen en la actividad enzimática, mecanismos de inhibición.

I Nociones previas.

La siguiente lista presenta nociones de vital importancia para el estudio de las enzimas; desarrolle en cada caso la noción correspondiente.

1.     Catalizador:

Catalizar una reacción química significa aumentar la velocidad de la reacción (e incluso hacerla viable) sin influir en su resultado final. Los catalizadores bioquímicos de tipo proteico se llaman enzimas. Los catalizadores bioquímicos de tipo no proteico se llaman cofactores.

2.     Sustrato:

En bioquímica, un sustrato es una molécula sobre la cual actúa una enzima. Las enzimas catalizan reacciones químicas que involucran sustrato(s). El sustrato se une al sitio activo de la enzima, y se forma un complejo enzima-sustrato. Por acción de la enzima, el sustrato se transforma en producto, se libera del sitio activo y queda libre para recibir otro sustrato. 

3.     Energía de activación:

La energía de activación de una reacción química se relaciona estrechamente con su velocidad. Específicamente, mientras mayor sea la energía de activación, más lenta será la reacción química. Esto se debe a que las moléculas solo pueden completar la reacción una vez que han alcanzando la cima de la barrera de la energía de activación. Mientras más alta es la barrera, menos moléculas tendrán energía suficiente para superarla en cualquier momento dado.

4.     Cofactor :

Un cofactor es un componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular, necesario para la acción de una enzima. El cofactor se une a una estructura proteica, denominada apoenzima, y el complejo apoenzima-cofactor recibe el nombre de holoenzima. Aquellos cofactores que están covalentemente unidos a la apoenzima se denominan grupos prostéticos, ya sean orgánicos (coenzimas) o inorgánicos.

6.     ¿Qué es el sitio activo en una enzima y cuál es su importancia?.

Generalmente, el sitio activo será un bolsillo o hendidura en la superficie de la enzima y suele ser una pequeña parte de la molécula total. En una enzima proteica, el sitio activo obtiene sus propiedades, como su forma y capacidad para unir sustratos, de los aminoácidos que lo componen. Estos aminoácidos pueden tener cadenas laterales grandes o pequeñas, ácidas o básicas, hidrofílicas o hidrofóbicas. El conjunto de aminoácidos presentes en el sitio activo, junto con la forma en que se organizan estos aminoácidos tridimensionalmente, crea un entorno especializado en el sitio activo que puede unir —y ejercer efectos catalíticos sobre— uno o unos pocos sustratos. En otras palabras, el sitio activo tiene justo el tamaño adecuado y tiene justo el patrón correcto de cargas para que el sustrato correcto se acomode en su interior.

7.     Escriba las diferencias y semejanzas entre la teoría de ajuste inducido y llave candado.

Hace tiempo Fischer sugirió que tanto la enzima como el sustrato eran perfecta y geográficamente complementarias, es decir, que el sustrato se encajaba en la enzima, que a su vez tendría una forma complementaria, igual que lo hace una llave(sustrato) en una cerradura (enzima). 

El modelo de ajuste inducido o de mano-guante, propugna que la enzima dotada de cierta flexibilidad cambia su conformación cuando entra en contacto con el sustrato por el sitio activo, de manera que se acoplaría al sustrato igual que un guante(enzima) a la mano(sustrato).

II. IDENTIFICAR Y EXPLICAR

A continuación se presentan  gráficas que muestran factores que afectan la velocidad de una reacción catalizada por enzimas. Identificar cada gráfica en función del factor correspondiente y presentar  un ejemplo en cada caso.

1      

Ejemplo

Identificación:

A medida que aumenta la concentración de sustrato, a una concentración fija de enzima se obtiene una velocidad máxima por encima de la cual no hay aumento en la velocidad de reacción.

2.

           Identificación:

Si la concentración de sustrato permanece constante y la concentración de la enzima aumenta, la velocidad de reacción también lo hace.

3.

Identificación:

A medida que aumenta la temperatura, la energía calorífica adicional aumenta la velocidad de reacción para reacciones catalizadas por una enzima.

4.

Identificación :

Un aumento o disminución del pH optimo, produce una disminución en la actividad catalítica de la encima y una velocidad de reacción inferior.

III. INDAGAR:

¿Qué es un inhibidor enzimático?:

Los inhibidores enzimáticos son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad. Puesto que el bloqueo de una enzima puede matar a un organismo patógeno o corregir un desequilibrio metabólico, muchos medicamentos actúan como inhibidores enzimáticos. También son usados como herbicidas y pesticidas. Sin embargo, no todas las moléculas que se unen a las enzimas son inhibidores; los activadores enzimáticos se unen a las enzimas e incrementan su actividad.

6 Describir el efecto de los inhibidores competitivos y no competitivos sobre la actividad catalítica de una enzima.

·         El mecanismo de la inhibición parcialmente competitiva es similar al de la inhibición no competitiva, excepto que el complejo EIS tiene actividad catalítica, la cual decrece o incluso aumenta (activación parcialmente competitiva) en comparación al complejo enzima-sustrato (ES). Esta inhibición suele exhibir un valor más bajo de V_max, pero un valor de K_m inalterado.³​

·         La inhibición acompetitiva se produce cuando el inhibidor se une sólo al complejo enzima-sustrato, no a la enzima libre. El complejo EIS es catalíticamente inactivo. Esta forma de inhibición es rara y causa una disminución tanto en el valor de V_max como en el de K_m.³​

7. ¿Qué es una enzima alosterica; explique cómo funcionan en relación con los efectores positivos y negativos?.

Las enzimas alostéricas son enzimas que cambian su conformación al unirse un efector, lo que conduce a un cambio aparente en la afinidad de unión de otro Ligando (bioquímica)en un sitio distinto de la molécula. Esta "acción a distancia" de la unión de un ligando que afecta a la unión de otro en un sitio claramente diferente es la esencia del concepto de alostería o alosterismo. La alostería juega un papel crucial en muchos procesos biológicos fundamentales, entre los que se incluyen la señalización celular y la regulación del metabolismo.

Los efectores alostéricos pueden ser positivos o negativos: • los positivos o también llamados activadores al interactuar con la enzima permitirán que con concentraciones de sustrato menores obtengamos mayores velocidades de reacción debido a que incrementan la acción de la enzima, el centro alostérico en donde se une un efector positivo se conoce como centro activador (la curva se desplaza hacia la izquierda Fig.2) • los negativos o inhibidores son aquellos que cuando interactúan con la enzima disminuyen su actividad, el centro alostérico al que se unen se le conoce como centro inhibidor (la curva se desplaza hacia la derecha Fig. 2)

Los efectores alostéricos negativos, (inhibidores) desplazan el equilibrio hacia la forma T de la enzima, mientras que los positivos (activadores) favorecen la conformación R. Estos juegan un rol importante en la regulación del metabolismo. Se unen a un sitio diferente al sustrato. Pueden modificar Vm o la afinidad de la enzima por el sustrato

8. ¿Qué es un zimogeno?

Un zimógeno o proenzima es un precursor enzimático inactivo, es decir, no cataliza ninguna reacción como hacen las enzimas. Para activarse, necesita de un cambio bioquímico en su estructura que le lleve a conformar un centro activo donde pueda realizar la catálisis. En ese momento, el zimógeno pasa a ser una enzima activa. El cambio bioquímico suele ocurrir en un lisosoma, donde una parte específica de la enzima precursora se escinde del resto para activarla. La cadena de aminoácidos que se libera por la activación se llama péptido de activación.

V. Aplicación por competencias

1. Los inhibidores, son importantes sustancias que disminuyen la velocidad de las reacciones catalizadas enzimaticamente; algunos ayudan a regular la actividad de las enzimas en las células, otros son medicinas. Una clase especial de inhibidor enzimático se une de forma irreversible al sitio activo generando situaciones complejas en el ser humano, por ejemplo: los agentes neurotóxicos como el agente G.B, interfieren la conducción nerviosa inhibiendo la encima acetil colinesterasa,  enzima que se requiere para la conducción normal del impulso nervioso, produciendo perdida de acción muscular y la muerte......de acuerdo a la clasificación de los inhibidores el agente G.B lo podemos clasificar como:

a.    competitivo

b.    reversible

c.    efector negativo

d.    efector positivo 

2. consideremos la producción hipotética de la sustania Z  a través e la siguiente ruta

W----- enzima1---- x ------ enzima 2-------- Y -----enzima 3 --------Z

En esta ruta bioquímica la enzima 1 es una enzima alosterica que se inhibe por el producto Z. Cuando la concentración de Z es baja, la enzima 1 únicamente se inhibe en cierto grado, a medida que aumenta la concentración de Z se inhibe la enzima 1, la cual finalmente disminuye la producción de Z, esta forma de regular una serie de reacciones se denomina:

a. mecanismo de efector positivo

b. retroalimentación positiva

c. inhibición no competitiva

d. retroalimentación negativa

3. La hexoquinaza es una enzima que cambia su conformación para acomodar un sustrato. Por ejemplo Una molécula de glucosa se aproxima a la conformación abierta de la enzima, la hexoquinaza entonces se cierra alrededor de la molécula de glucosa para crear los sitios activos adecuados. El mecanismo de acción de la hexoquinaza basado en las teorías de interacción enzima sustrato, se explica por medio de :

a.    la formación de un complejo enzima sustrato

b.    por un ajuste inducido

c.    la formación del complejo enzima producto

d.    por la geometría y distribución de carga de del sitio activo

4. la mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas por encima o por debajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente su actividad. Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la ureasa lo tiene a pH 7 y la arginasa lo tiene a ph 10. Teniendo en cuenta el texto y  analizando el gráfico, podemos asegurar con respecto a las enzimas que:

a. pierden su actividad biológica fácilmente

b. muchos factores externos afectan su actividad biológica

c. que su actividad depende de buffer fisiológicos

d. que el pH optimo es de 7.4

Taller de aplicación N°

Tema: Carbohidratos

Semestre I

Docente Miguel Ángel Muñoz L

I  Argumentación:

1.  ¿Que son compuestos estereoisómeros?.

Los isómeros son compuestos diferentes que tienen la misma fórmula molecular. Existen isómeros estructurales (confórmeros) que difieren debido a que sus átomos están unidos en orden diferente. Estos isómeros se clasifican en subcategorías (isómeros de cadena, de posición, de grupo funcional). Los estereoisómeros no son isómeros estructurales, sólo difieren en el arreglo de sus átomos en el espacio. Por ejemplo los isómeros cis y trans son estereoisómeros. Son isómeros debido a que tienen la misma fórmula molecular, no son isómeros estructurales debido a que tienen unidos los átomos en el mismo orden. Estos isómeros difieren únicamente en el arreglo de sus átomos en el espacio.

2.  ¿Qué son compuestos  enantiómeros?.

El enantiomerismo sólo ocurre en aquellos compuestos cuyas moléculas son quirales. Una molécula quiral puede definirse como aquella que no se puede superponer con su imagen especular. El término quiral se usa para describir moléculas que se relacionan de la misma manera que la mano derecha e izquierda, es decir que son imágenes especulares y no se superponen.

3.  ¿Qué es un monosacárido?.

Los monosacáridos o azúcares simples son los glúcidos más sencillos, no se hidrolizan, es decir, no se descomponen en otros compuestos más simples. Poseen de tres a siete átomos de carbono​ y su fórmula empírica es (CH₂O)_n, donde n ≥ 3. Se nombran haciendo referencia al número de carbonos (3-7), y terminan con el sufijo -osa. El principal monosacárido es la glucosa, la principal fuente de energía de las células.

4.  ¿Qué es un epímero?.

En química, un epímero es un estereoisómero de otro compuesto que tiene una configuración diferente en uno solo de sus centros estereogénicos. Los epímeros ocurren con frecuencia en los carbohidratos, por ejemplo la D-glucosa y la D-manosa difieren en C2, el primer átomo de carbono quiral, por lo tanto son epímeros en C2. Aquellos isomeros que difieren en la posición del OH de cualquier C quiral que no sea C a, se denomina diasteroisomero no epimero.

5.  ¿Qué es un anómero?.

Se define anómero como el isómero de un monosacárido de más de 5 átomos de carbono que ha desarrollado una unión hemiacetálica, lo que le permite tomar una estructura cíclica y determinar dos posiciones diferentes para el grupo hidroxilo: α, o β, según sea su orientación bajo el plano, o sobre el plano, en una proyección de Haworth.

6.  ¿Qué significa un centro quiral?.

El centro quiral es la causa de la quiralidad. En cada una de las moléculas quirales hay un carbono (C) que tiene cuatro grupos o sustituyentes diferentes. Existen moléculas las cuales tienen un centro quiral, a pesar de esto se tratan de moléculas aquirales. Si en la molécula se determina que solo tiene un centro quiral, se puede asegurar que se trata de una molécula quiral. La presencia o ausencia del centro quiral va a determinar el criterio de quiralidad.

7.  ¿Qué significa que un compuesto sea óptimamente activo?.

La actividad óptica es la capacidad de una sustancia quiral para rotar el plano de la luz polarizada. Se mide usando un aparato llamado polarímetro.

10. ¿Qué significa dextrorrotatorio y levorrotatorio?.

Un viraje es dextrógiro si se mueve en el mismo sentido que las agujas del reloj, en contraposición a levógiro. Dextro proviene del latín dexter, y éste del griego δεξιός (dexiós): derecho; levo, del latín lævus (levus): izquierdo. Ambos conceptos también se denominan dextrorrotatorio y levorrotatorio, respectivamente.

 
II. Indagar:

En cada caso investigar la importancia biológica de los siguientes heteropolisacáridos.

1. Pectina.
Las pectinas son una mezcla de polímeros ácidos y neutros muy ramificados. Constituyen el 30% del peso seco de la pared celular primaria de células vegetales. En presencia de aguas forman geles. Determinan la porosidad de la pared, y por tanto el grado de disponibilidad de los sustratos de las enzimas implicadas en las modificaciones de la misma. Las pectinas también proporcionan superficies cargadas que regulan el pH y el balance iónico. 


2. Hemicelulosa.
Las hemicelulosas son un conjunto muy heterogéneo de polisacáridos. Están formadas por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces beta (1 -> 4), que forman una cadena lineal de la que salen ramificaciones cortas formadas por monosacáridos diferentes. Entre los principales componentes de las hemicelulosas, están la glucosa, la galactosa o la fucosa.

Se encuentran en la pared celular de las células vegetales, recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo su anclaje a la matriz de pectinas.
3. Agar.
El agar-agar es un polímero de D y L galactosa que se extrae de las algas rojas (rodofíceas). Actúa como espesante de líquidos, y es muy difícil su digestión. Se utiliza, con frecuencia, como espesante en la industria alimentaria. También sirve como base para elaborar medios de cultivo sólidos para microorganismos.
4. Péptido glucanos.
Los peptidoglucanos son polímeros de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos mediante enlace beta (1 -> 4). A esta cadena principal se unen cadenas cortas de aminoácidos. Forman parte de la pared bacteriana, y su función es proteger a las bacterias de la deformación o destrucción en condiciones de presión osmótica desfavorable. También reciben el nombre de mureína.
5. Mucopolisacaridos
Los glucosaminoglucanos son polímeros lineales de N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina y ácido glucurónico. Se encuentran en la matriz extracelular de los tejidos conectivos, donde cumplen diversas funciones. Están muy hidratados, y forman un gel.
- Acido hialuronico:
Se encuentra en el tejido conjuntivo, humor vítreo del ojo y líquidos sinoviales.
- Condroitina
Está presente en el tejido cartilaginoso y en el tejido óseo.
- Dermatán – sulfato
Se encuentra principalmente en la piel pero también en los vasos sanguíneos, válvulas del corazón, tendones y pulmones.
- Queratán- sulfato
Se sintetiza en el sistema nervioso central donde participa en el desarrollo y en la formación de la cicatriz glial tras una lesión. Las moléculas de queratán sulfato son grandes, moléculas altamente hidratadas que pueden actuar en las articulaciones como amortiguador para absorber el shock mecánico.
- Heparina
se utiliza ampliamente como anticoagulanteinyectable, y tiene la densidad de carga más alta conocida de todas las biomoléculas. También se puede utilizar para formar una superficie interior anticoagulante en diversos dispositivos experimentales y médicos tales como tubos de ensayo y máquinas de diálisis renal.
- Ácido lipoteicoico
Es uno de los principales componentes de la pared celular de las bacterias grampositivas. Su estructura es variable según las especies de las bacterias y puede contener cadenas largas de ribitol o de fosfato de glicerol.
- lipopolisacáridos (LPS)
Es un componente mayoritario de la membrana externa de las bacterias Gram negativas; está compuesto por una parte lipídica y cadenas características de oligosacáridos y polisacáridos. Es un estimulante del sistema inmune, con un potente efecto tóxico y entre otras funciones cumple un papel principal en la adhesión de las bacterias a las células epiteliales.¹​
- Glucanos (mutan y dextran)
Son un tipo de polisacáridos formados específicamente por unidades monómeras del monosacárido D-glucosa,¹​ unidos entre si por medio de enlaces glicosídicos. Entre estos se encuentran polisacáridos tan importantes como el glucógeno, el almidón y la celulosa, que ejercen funciones de almacenamiento energético o forman estructuras en la célula.
- Fructanos (Levanos )
Los fructanos son polímeros de fructosa derivados de la molécula de sacarosa, la cual es un disacárido de fructosa y glucosa. Los fructanos de plantas tienen diferentes estructuras y longitudes de cadena, que van de arriba de tres a pocos cientos de unidades de fructosa, con una gran variedad en enlaces y residuos fructosil. Los fructanos con un grado de polimerización de 2 a 10 son comúnmente llamados fructooligosacáridos. Los fructanos que son sintetizados en la naturaleza son solubles en agua y son azúcares no reductores.

III. Preguntas por competencias

1. Los estereoisómeros,  son isómeros con la misma fórmula molecular pero diferente localización de sus átomos en el espacio. Los estereoisómeros tienen los mismos átomos entre sí en la misma secuencia; sin embargo, la forma en que los átomos están orientados con respecto a los demás es diferente. Estos criterios usualmente son graficados mediante proyecciones fischer. A continuación encontrara  las proyecciones de fischer del gliceraldehido, un monosacárido simple.

Teniendo en cuenta su estructura, la disposición en el espacio y su clasificación podemos asegurar que estas dos estructuras son:

a.    epímeros

b.    enantiómeros

c.    diasteromeros

d.    isómeros funcionales

2. Los polisacáridos son el grupo más abundante de carbohidratos. Son considerados como los componentes estructurales principales y las reservas de energía de las plantas y de animales.

Uno de los siguientes, es útil como reserva de glucosa en los tejidos vegetales.

a.    dextrinas

b.    glicógeno

c.    quitina

d.    almidón

RESPONDA LAS PREGUNTAS   3 y 4  TENIENDO EN CUENTA LA SIGUIENTE INFORMACIÓN

El esquema presenta las formas lineal y cíclica de la D –glucosa

3. De la glucosa se puede afirmar que es una aldohexosa porque:

a.    es un monosacárido compuesto por seis carbonos y su grupo funcional es un aldehído 

b.    es un monosacárido de 6 carbonos con un carbono quiral

c.    es un monosacárido con 6 carbonos con un grupo alcohólico

d.    es un monosacárido con 6 carbonos y cuatro grupos alcohólicos

4. En la grafica para formar la proyección de fischer

a.    el carbono uno y el 5 forman el grupo funcional ácido

b.    el OH del carbono 5 se disocia para formar moléculas de agua

c.    el carbono uno se transforma en un átomo quiral

d.    el carbono uno y el carbono 5 forman el grupo funcional cetona

5. Se caracterizó un par de compuestos químicos( A, B) producto de la hidrólisis de un carbohidrato, los dos compuestos son opticamente activos,  presentan igual formular, idénticas propiedades químicas, tres centros quirales y un grupo funcional aldehído, sin embargo el compuesto A ,se diferencia del B en que sus propiedades físicas son diferentes. Con estas observaciones estos compuestos se podrían clasificar como:

a.    enantiómeros

b.    diasteromeros

c.    epimeros

d.    Isomeros

6. El siguiente diagrama representa el fenómeno por el cual algunos azucares simples sufren un plegamiento con lo cual disminuyen su energía. Uno de las siguientes proposiciones es acertada para describir este proceso.

a.    ciclisacion de una molécula de glucosa y formación de diasteroisómeros.

b.    ciclisacion de una molécula de fructosa y formación de diasteroisómeros.

c.    formas alfa y beta de la D glucosa.

d.    formas alfa y beta de L fructosa.