Modulo Biología 2024 PDF

Jefatura de Nivelación y Admisión Md. Paóla Silva Medina Od. Estefanía Buenó Cab...

Jefatura de Nivelación y Admisión Md. Paóla Silva Medina Od. Estefanía Buenó Cabrera Od. Fernanda Segarra S. Od. Ma. Belen López Od. Andres Ródríguez Tapia BIOLOGÍA Md. Belen Davila Tapia “Visto a la luz de la evolución, la biología es, quizás, la ciencia más satisfactoria e inspiradora. Sin esa luz, se convierte en un montón de hechos varios, algunos de ellos interesantes o curiosos, pero sin formar ninguna versión conjunta”. Theodosius Dobzhansky. CUENCA - ECUADOR 2024  INTRODUCCIÓN La Biología es la ciencia que estudia los seres vivos, ya sean estos animales, plantas o seres humanós. La pósición que ócupa esta ciencia entre las llamadas "ciencias de la naturaleza”, es paradójica ya que se trata de una posición al mismo tiempo marginal y central. Marginal porque la materia viva es sólo una porción infinitamente pequeña de toda la materia que existe en el universo, pero también central porque dentro de esa pequeña porción nos encontramos nosotros, los seres humanos. Principalmente, la biología se preocupa de los procesos vitales de cada ser, lo que le permite una visión globalizada y más exacta de cada uno de ellos. En la actualidad, tiene como aliado a la tecnología ya que por medio de ella sus estudios y análisis son más completos, una gran cantidad de elementos no pueden ser percibidos o captados por medio de las capacidades intrínsecas del ser humano; por lo que su campo de observación y experimentación se amplía enormemente al utilizar la tecnología. Su concepto fue creado a comienzos del siglo XVII. Uno de los hombres más brillantes fue el francés Louis Pasteur, quien realizó un gran aporte a la biología con sus estudios bacteriológicos, gracias a esto se pudo generar diversas vacunas contra las enfermedades que afectaban al hombre en aquel tiempo. Lo que se debe tener claro es que la biología se subdivide en diversas subcategorías, ya que cada una se ha ido especializando en distintos ámbitos. Por lo tanto, se puede decir que todas las variantes de estudio de la biología tienen en común la evolución de la vida. Figura No. 1 Francés Louis Pasteu  BIOLOGÍA COMO CIENCIA La Biología es la ciencia que estudia a los seres vivos, su estructura, función, crecimiento, evolución, distribución y relaciones con el ambiente. A través del análisis de organismos desde el nivel molecular hasta el ecosistema, la biología permite comprender los principios fundamentales de la vida, abarcando campos como la genética, la fisiología, la ecología y la evolución, esenciales para el estudio de la medicina y la comprensión de los procesos biológicos que subyacen a la salud y las enfermedades. BASES QUÍMICAS DE LA VIDA Los seres vivos se distinguen por su compleja organización y función, presentan una semejanza sorprendente en lo que a su composición química se refiere, ya que en la formación de los principales compuestos no sólo intervienen los mismos elementos, sino que con frecuencia éstos se encuentran en proporciones similares. ÁTOMO: Partícula más pequeña de un elemento, sustancia o materia. ELEMENTOS: Están formados por un solo tipo de átomos, los cuales están unidos entre sí por enlaces químicos; son sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios químicos ordinarios. COMPUESTO: Están formados por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica en proporciones siempre fijas. Se pueden descomponer en sus elementos formadores solo utilizando procedimientos de separación química. Hay 92 elementos en la naturaleza y cada uno difiere de los otros en la estructura de sus átomos. En la integración y funcionamiento de los seres vivos intervienen aproximadamente 25 elementos llamados bioelementos. BIOELEMENTOS – ELEMENTOS BIOGENÉSICOS – ELEMENTOS BIOGÉNICOS Los bioelementos son los diferentes elementos químicos que necesita una especie para poder desarrollarse con normalidad. BIOELEMENTOS PRIMARIOS: Predominan en los seres vivos y son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S); a estos elementos los conocemos como CHONPS, ya que son indispensables para formar las moléculas que conforman la materia viva y constituyen aproximadamente el 95 %. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Estos son necesarios para mantener el equilibrio osmótico y para realizar el metabolismo, por lo que son indispensables para la vida, constituyen aproximadamente el 4.5 % y estos son: calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), cloro (Cl), magnesio (Mg), hierro (Fe) y yodo (I). OLIGOELEMENTOS - MICRONUTRIENTES: Se encuentran en cantidades mínimas en el organismo, aproximadamente 0.5 %. No encontramos en todos los seres vivos pero cada uno de ellos tiene un papel importante. Estos son: − Flúor (F): Su función es endurecer el esmalte dental, reforzando de este modo su resistencia a las caries. También inhibe la acumulación de bacterias en la cavidad bucal, impidiendo la destrucción de los dientes. − Cobre (Cu): Estimula el sistema inmunitario. − Zinc (Zn): Regula el correcto funcionamiento del metabolismo de proteínas y lípidos. Participa en la formación de la insulina, es de vital importancia para el sistema inmunológico y estabiliza la membrana celular. − Cobalto (Co): Está estrechamente ligado a la producción de testosterona y el sistema  enzimático. Además, forma parte de la estructura de la vitamina B12. Figura No. 2 Bioelementos que se combinan y forman moléculas orgánicas, que a su vez origina la célula. BIOMOLÉCULAS Los bioelementos establecen entre ellos múltiples y complejas combinaciones que dan lugar a las biomoléculas, que son moléculas constituyentes de los seres vivos. Los seres vivos más complejos están conformados por un mayor número de elementos que los seres sencillos como las bacterias. Existen dos tipos de biomoléculas: orgánicas e inorgánicas. ORGÁNICAS: Son los componentes fundamentales de la materia viva, están formadas principalmente por carbono (C) que unido al hidrógeno y otros elementos (oxígeno, nitrógeno, fósforo o azufre.) es capaz de formar una gran variedad de compuestos. Tienen funciones muy diversas en los seres vivos como: estructurales, energéticas, de control en reacciones metabólicas, etc. Entre las que destacan: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas. INORGÁNICAS: Son todas aquellas sustancias que carecen de átomos de carbono en su composición química. Existen tres de gran relevancia para la vida: agua, sales minerales y gases (oxígeno). CARBOHIDRATOS – HIDRATOS DECARBONO - GLÚCIDOS – AZÚCARES Son compuestos orgánicos que contienen generalmente: carbono, hidrógeno y oxígeno, en una proporción de un carbono por dos hidrógenos y un oxígeno, están agrupados en la forma H – C – OH; aunque en algunos tipos interviene también el azufre y el nitrógeno, son la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Los carbohidratos son las sustancias orgánicas más abundantes en la naturaleza, se sintetizan en las plantas verdes a partir de agua y dióxido de carbono con la ayuda de energía solar. Este proceso se denomina fotosíntesis y es la reacción de la que dependen todos los seres vivos, ya que es el punto de partida de la formación de alimentos. Los carbohidratos son precursores biológicos de ciertos lípidos, proteínas y ácido ascórbico. CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS Generalmente los hidratos de carbono se dividen en: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos; de acuerdo con el número de moléculas de azúcar que contienen: Tabla No. 1 Clasificación de los Hidratos de Carbono. MONOSACÁRIDOS – AZÚCARES SIMPLES Son los hidratos de carbono más sencillos, solubles en agua, blancos al cristalizar y de sabor dulce; la célula los utiliza para obtener energía. Cuando ocurre una reacción química produce la ruptura de unos enlaces (C – C y C – H) y la formación de enlaces nuevos (C – O), si los enlaces que se rompen tienen más energía que los que se forman, se libera energía. Los monosacáridos poseen una fórmula química (CH2O) n; n se sustituye por el número de carbonos. Ejemplo: el más representativo es la glucosa que es una hexosa, tiene seis átomos de carbono; siendo su fórmula (CH2O)6 o lo que es lo mismo C6H12O6. NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO: Formados por una cadena de entre tres y siete átomos de carbono, se designan habitualmente con la terminación osa. Pueden subdividirse en: triosas (glicerosa), tetrosas (eritrosa y eritrulosa), pentosas (ribosa y ribulosa), hexosas (glucosa, galactosa y fructosa) o heptosas (sedoheptosa). Figura No. 3. Clasificación de los Monosacáridos Según el Número de Átomos de Carbono. GRUPO FUNCIONAL: Cetosas (eritrulosa) o aldosas (eritrosa), dependiendo si tienen o no un grupo aldehído o cetona. Los aldehídos presentan el grupo carbonilo en posición terminal mientras que las cetonas lo presentan en posición intermedia. Figura No.4 Grupo Cetona y Grupo Aldehído. MONOSACÁRIDOS DERIVADOS: Se obtienen si a una molécula de un monosacárido simple se sustituye uno de sus grupos funcionales por otro grupo como una amina o un carboxilo. ÉSTERES: Se originan por la reacción de un ácido con cualquiera de los grupos alcohólicos de los monosacáridos simples. Por su gran importancia en la fisiología celular, destaca la glucosa – 6 – fosfato. OLIGOSACÁRIDOS Los oligosacáridos son glúcidos que se unen mediante enlaces O – Glucosídicos y que por hidrólisis dan de dos a diez moléculas de monosacárido, son dulces, blancos al cristalizar y solubles en agua. Los oligosacáridos formados por dos monosacáridos reciben el nombre de disacáridos; y los constituidos por tres, trisacáridos, etc. El enlace O – Glucosídico es un enlace covalente que se establece entre grupos alcohol de dos monosacáridos, liberando una molécula de agua. Los monosacáridos quedan unidos por un átomo de oxígeno, de ahí el nombre del enlace. De la misma forma que podemos formar un enlace O – Glucosídico, este puede romperse mediante una reacción de hidrólisis; es decir, añadiendo una molécula de agua (H2O), un disacárido puede dar lugar a dos monosacáridos libres liberando energía. Por esto, los oligosacáridos, al igual que los monosacáridos cumplen la misma función de aporte energético en los seres vivos.  Figura No. 5 Enlace O – Glucosídico. La mayoría de los oligosacáridos en los organismos vivos son disacáridos, entre los que destacan: − Sacarosa (glucosa + fructosa): que obtenemos de la caña de azúcar o la remolacha y es el azúcar que consumimos habitualmente. − Lactosa (galactosa + glucosa): se encuentra exclusivamente en la leche y se forma enlas glándulas mamarias de los mamíferos. − Maltosa (glucosa + glucosa): es el azúcar de la malta. Figura No. 6 Disacáridos Representativos. POLISACÁRIDOS O AZÚCARES COMPLEJOS Carbohidratos que al ser hidrolizados dan más de diez moléculas de monosacáridos; están unidos entre ellos por enlaces O – Glucosídicos, se forman como largas cadenas lineales o ramificadas, si en estas cadenas se repite siempre el mismo monosacárido hablamos de un homopolisacárido (almidón y celulosa), mientras que, si intervienen distintos tipos de unidades, hablamos de un heteropolisacárido (ácido hialurónico). No cristalizan, no tienen sabor dulce ni son solubles en agua. Por este motivo, cumplen principalmente un papel estructural en los seres vivos, aunque también actúan como reserva de energía. POLISACÁRIDOS CON FUNCIÓN DE RESERVA ENERGÉTICA: Los más representativos son el almidón y el glucógeno. − ALMIDÓN: es la sustancia de reserva energética propia de las plantas y se encuentra de forma abundante en gramíneas, leguminosas y tubérculos. − GLUCÓGENO: cumple la misma función que el almidón, pero en los animales, excepto en los rumiantes. Se encuentra de manera muy abundante tanto en el hígado como en los músculos. Al igual que el almidón, el glucógeno es un polímero de miles de moléculas de glucosa. La diferencia entre ellos es que el almidón tiene ramificaciones cada 24 – 30 glucosas mientras que las ramificaciones en el glucógeno ocurren cada 8 – 12 glucosas. Figura No. 7 Fragmento de la Molécula de Almidón. POLISACÁRIDOS CON FUNCIÓN ESTRUCTURAL: Los más representativos son la celulosa y la quitina. − CELULOSA: forma la pared celular de las células vegetales y es un polímero formado por glucosa, en este caso varias cadenas se unen entre sí por puentes de hidrógeno, lo que otorga mayor estabilidad al polisacárido. − QUITINA: forma los exoesqueletos de algunos animales como: insectos y crustáceos, así como la pared de las células de los hongos; y se trata de un polisacárido de N – acetilglucosamina. En los humanos la celulosa al ser indigerible da volumen al bolo alimenticio y de esta manera facilita el traslado del contenido intestinal a lo largo de su luz. POLISACÁRIDOS COMPLEJOS: Los carbohidratos se pueden unir a lípidos y proteínas. Cuando se asocian a lípidos dan como resultado los lipopolisacáridos, presentes en la pared de bacterias gramnegativas. Los resultantes de la unión con proteínas son los proteoglicanos (mureína); cuando es mayor la proporción de carbohidrato que de proteína y glicoproteínas (receptores de hormonas), si la proporción de proteína es mayor que la de carbohidrato.  LÍPIDOS – GRASAS Son compuestos insolubles en solventes polares como el agua, pero se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares; tales como: el alcohol, éter, acetona, benceno, tetracloruro de carbono y cloroformo. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno como elementos principales, aunque pueden incluir en su estructura otros elementos químicos como: fósforo, nitrógeno y azufre. Tabla No. 2 Clasificación de los lípidos, según criterios de saponificación. LÍPIDOS SAPONIFICABLES La saponificación es un proceso químico en el que un lípido puede dar como resultado un jabón. A los lípidos que pueden provocar este tipo de reacción los conocemos como lípidos saponificables, y dentro de ellos encontramos: − Lípidos saponificables simples: ácidos grasos, acilglicéridos y ceras. − Lípidos saponificables compuestos: fosfolípidos, glucolípidos y lipoproteínas. LÍPIDOS SAPONIFICABLES SIMPLES ÁCIDOS GRASOS: Son la estructura básica de los lípidos, son cadenas largas formadas por átomos de carbono con un grupo carboxilo (-COOH) en el extremo. Los ácidos grasos pueden ser: − Saturados (ácido palmítico): si todos los enlaces entre los carbonos son sencillos. − Insaturados o no saturados: si tienen algún doble enlace entre los carbonos; se pueden clasificar en: Monoinsaturados (ácido palmitoleico): si poseen un doble enlace. Poliinsaturado: poseen más de un doble enlace entre sus carbonos, por ejemplo: el ácidó linóleicó, cón dós dóbles ligaduras, denóminadó también ómega 6 (Ω6) y el linolénico, de tres dobles ligaduras, llamado también omega 3 (Ω3). Figura No. 8 Cadena de Ácidos Grasos Saturados y de Ácidos Grasos Insaturados. Los ácidos grasos se unen entre sí hasta formar agrupaciones compactas, las insaturaciones provocan doblamientos en las cadenas, por lo que los ácidos grasos insaturados forman agrupaciones menos compactas, esto provoca que los ácidos grasos insaturados sean algo más solubles que los saturados, y que tengan un punto de fusión más bajo, lo que hace que a temperatura ambiente (25 °C) los ácidos grasos insaturados sean líquidos y los conocemos como aceites; mientras que los saturados, sólidos a temperatura ambiente los conocemos como grasas. ACILGLICEROLES – ACILGLICÉRIDOS: Derivados de los ácidos grasos y constituyen el tipo de lípido más abundante, los más importantes son los triacilgliceroles o triglicéridos, compuestos por tres ácidos grasos y una molécula de glicerina, son insolubles en agua y su función es de reserva energética. Los lípidos liberan mayor cantidad de energía que los glúcidos, sin embargo, debido a su naturaleza insoluble, son mucho más complicados de transportar y utilizar por los seres vivos, por lo que quedan relegados como fuentes de reserva energética. CERAS: Derivados de los ácidos grasos, son insolubles en agua y su punto de fusión es de 45 °C; por lo tanto, son más duras y resisten mejor a los agentes químicos y bacterianos. Además de actuar como fuente de reserva energética, las ceras suelen tener otras funciones como la de impermeabilizar y proteger diversos órganos tanto animales (piel, pelos y plumas) como vegetales (hojas y frutos). LÍPIDOS SAPONIFICABLES COMPUESTOS FOSFOLÍPIDOS: Son lípidos que están formados por una molécula de glicerina, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico. Tienen función estructural, principalmente forman parte de la membrana plasmática de las células. Forman una bicapa lipídica en la que las cabezas polares hidrofílicas (grupos fosfatos) quedan hacia el medio extracelular e intracelular, mientras que las colas apolares hidrofóbicas (ácidos grasos) quedan hacia el interior de la membrana, es decir, son moléculas anfipáticas o anfifílicas. También cumplen con otros papeles importantes como la activación de enzimas, el componente detergente de la bilis o la síntesis de sustancias de señalización celular. Figura No. 9 Estructura y monocapa de fosfolípidos. GLUCOLÍPIDOS: Aunque pueden tener diferentes estructuras básicas, la característica común es la presencia de un lípido unido a uno o más carbohidratos, son muy abundantes en la cara externa de las membranas plasmáticas que conforman el glicocálix, constituyen una zona de reconocimiento celular y recepción de antígenos. Se clasifican en dos grandes grupos: Glucoglicéridos: Derivan del glicerol y tienen uno o más ácidos grasos unidos a él, además del carbohidrato. Glucoesfingolípidos: Son un subtipo de los esfingolípidos, por lo que su estructura básica es la ceramida. Los glucolípidos más representativos son: − Cerebrósidos: Abundan en la materia blanca del cerebro y en la vaina de mielina. Su función principal es estructural, formando parte de las membranas celulares. − Gangliósidos: Se encuentran principalmente en la superficie de las células nerviosas y son especialmente abundantes en la sustancia gris del cerebro. Desempeñan un papel importante en la sinapsis y en el reconocimiento celular. Figura No. 10 Estructura molecular de los esfingolípidos. LIPOPROTEÍNAS: Se encuentran en todas las células, asociadas sobre todo a las membranas. Su función principal es el transporte de grasas y se clasifican en: quilomicrones, lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL), lipoproteínas de baja densidad (LDL) y lipoproteínas de alta densidad (HDL – COLESTEROL BUENO). Figura No. 11 Suero Normal. Suero lipémico, aparece turbio o lechoso por la elevada concentración detriglicéridos. LÍPIDOS INSAPONIFICABLES No producen la reacción de saponificación. Dentro de este grupo, hay tres tipos de lípidos representativos: terpenos, esteroides y eicosanoides. TERPENOS – TERPENOIDES – ISOPRENOIDES Son un tipo de lípidos que pueden presentar muchas modificaciones, suelen tener estructuras multicíclicas que difieren mucho entre sí. Algunos terpenos importantes son: los aceites esenciales (mentol, limoneno, geraniol), fitol (forma parte de la molécula de clorofila), carotenoides (pigmentos fotosintéticos, encargado de dar el color anaranjado a los alimentos) y el caucho, además forman parte de la estructura de las vitaminas A, K y E. ESTEROIDES Son compuestos con gran actividad fisiológica, estos pueden ser: Esteroles: el más representativo es el colesterol, que forma parte de las membranas plasmáticas y a partir del cual se sintetizan las hormonas esteroides. Estas puedenser agrupadas en cinco grupos de acuerdo al receptor al que se unen: Glucocorticoides: regulan el metabolismo de la glucosa, suprimen la respuesta  inflamatoria y el sistema inmunológico. Ejemplos: Cortisol. Mineralocorticoides: regulan el equilibrio de electrolitos (sodio y potasio) en el cuerpo. Ejemplo: Aldosterona. Andrógenos: ayuda al desarrollo de las características sexuales masculinas. Ejemplo: Testosterona. Estrógenos: ayuda al desarrollo de las características sexuales femeninas. Ejemplo: Estradiol. Progestágenos: ayudan a preparar el útero para la implantación del embrión. Ejemplo: Progesterona. Figura No. 12 Ateroesclerosis, el colesterol se acumula en las arterias. Estos depósitos se denominan placas de ateroma, imposibilitando el paso de sangre. Otros tipos de esteroides, que se pueden unir a receptores tipo 2 pueden ser: Vitaminas D: regula la absorción de calcio y fósforo en el intestino. Ácidos biliares: ayudan a la digestión de las grasas en el intestino. EICOSANOIDES O ICOSANOIDES La mayor parte de las células del cuerpo, excepto los eritrocitos, producen uno o más de los eicosanoides que incluyen: prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos y leucotrienos. No son compuestos abundantes. PROSTACICLINAS: Se encuentran en la pared vascular y es un potente inhibidor de la agregación plaquetaria y vasodilatador. TROMBOXANOS: Localizados en plaquetas y otras células, es potente agregante plaquetario y constrictor de los vasos sanguíneos. LEUCOTRIENOS: Provoca una profunda vasoconstricción, broncoespasmo y aumento de la permeabilidad vascular.. Figura No. 13. Leucotrienos. Mediadores de la inflamación PROSTAGLANDINAS: Participan como hormonas en la reacción inflamatoria mediante la vasodilatación y regulación de la temperatura corporal. Favorece el desprendimiento del endometrio durante la menstruación, debido a que provocan contracción del músculo liso. En el semen hay prostaglandinas que favorecen la contracción del útero y como consecuencia el ascenso de los espermatozoides a las trompas de Falopio. Figura No. 14 Cambios clínicos de la inflamación  VITAMINAS Compuestos orgánicos que contienen al menos un átomo de carbono, cumplen funciones vitales relacionadas con el metabolismo y fabricación de hormonas, neurotransmisores, células sanguíneas o material genético. También poseen función enzimática acelerando reacciones químicas, no producen materia ni energía, pero intervienen en su utilización y en la síntesis y mantenimiento de tejidos. La mayoría de las vitaminas no son sintetizadas por el hombre. Por lo tanto, deben ser adquiridas por fuentes exógenas: dieta o por inyección. Las vitaminas se clasifican como micronutrientes y están presentes en mínimas cantidades en los alimentos en comparación a los macronutrientes (proteínas, carbohidratos y grasas). Cada una de las 13 vitaminas conocidas hoy en día tienen funciones específicas en el cuerpo, lo que hace que cada una de ellas sea única e insustituible. Ningún alimento contiene toda la gama de vitaminas, Por lo tanto, una dieta variada y balanceada, es esencial para satisfacer los requerimientos vitamínicos del organismo. El término avitaminosis hace referencia a la ausencia total de vitaminas en el organismo. Por lo tanto, el término correcto a emplear es hipovitaminosis, que es un déficit o carencia parcial en la cantidad de vitaminas, causada frecuentemente por una ingesta insuficiente. Mientras que un exceso de vitaminas se denomina hipervitaminosis. Las vitaminas se clasifican en liposolubles e hidrosolubles. VITAMINAS LIPOSOLUBLES Se llama liposolubles a las sustancias solubles en grasas, aceites y otros solventes orgánicos no polares como: benceno, alcohol, éter, acetona, cloroformo y tetracloruro de carbono. Este grupo comprende vitaminas de actividad fisiológica importante, se encuentran en todos los tejidos vivos y en alimentos grasos. Se acumulan fácilmente en el interior del organismo y suelen haber reservas considerables de ellas, en determinadas circunstancias producen síntomas de intoxicación por habérselas administrado por largo tiempo en cantidades excesivas. Las vitaminas liposolubles son: A, D, E y K. VITAMINA A – RETINOL – ANTIXEROFTÁLMICA La vitamina A propiamente dicha es el retinol, pero también existen otras moléculas denominadas carotenoides, que funcionan como pro – vitamina A, ya que se transforman en esta en el intestinó e hígadó, el más abundante es el β – caroteno con la particularidad de ser hidrosoluble. FUNCIONES: Produce un tipo de pigmentos imprescindibles para el correcto funcionamiento de la retina y una correcta visión. Participa en el desarrollo y queratinización epitelial, colabora en el crecimiento óseo y celular. Interviene en procesos de inmunidad y se considera elemento protector frente a procesos oncológicos, también se recomienda en la lactancia y el embarazo, ya que favorece la reproducción de leche y permite que el embrión se desarrolle de manera normal. FUENTES COMO RETINOL: Carne (hígado y riñones), mantequilla, bacalao, atún, leche, queso, yema de huevo y nata. FUENTES COMO β – CAROTENO: Zanahorias, brócoli, espinaca, col, tomate, durazno, batata y lechuga. REQUERIMIENTOS: Adultos: 5000 UI/día HIPOVITAMINOSIS: Ceguera nocturna, xeroftalmia, ulceración de la córnea, debilitamiento de su sistema inmune que le hace más propenso a las infecciones, e incluso problemas en los epitelios de las vías respiratorias. HIPERVITAMINOSIS: Hepatomegalia, esplenomegalia, cefalea, irritabilidad, y artralgias. Es inocua la hipercarotenemia, llega a pigmentar la piel y los individuos afectados muestran pigmentación anaranjada de los tegumentos.  Figura No. 15 Xeroftalmia, sequedad persistente de la conjuntiva y opacidad de la córnea. VITAMINA D – CALCIFEROL – ANTIRRAQUÍTICA Es un precursor de una hormona llamada calcitriol. Esta hormona tiene una función de primordial importancia en el metabolismo del calcio y fósforo. FUNCIONES: − Está relacionada con la regulación de la hormona paratiroidea, ayuda en el control dela proliferación y diferenciación celular, lo que puede reducir el riesgo de cáncer. − Mejóra el sistema inmune haciéndóló más “tólerante”, ló que pódría reducir el riesgo de enfermedades autoinmunes − Ayuda a controlar los microbios, ya que produce sustancias antibióticas, tales como la catelicidina. También es necesaria para la secreción de la insulina, lo que puede ser útilen personas con riesgo de tolerancia a la glucosa y diabetes. − Regula la acción de la renina, importante en el control de la presión sanguínea. − Regula la homeostasis del calcio para: la salud ósea, la transmisión nerviosa y para prevenir la deposición del calcio en los tejidos blandos. FUENTES: Arenque, salmón, atún, aceite de hígado de pescado, huevos, leche entera y los derivados lácteos, soja y setas. También se sintetiza a partir del colesterol, en esta fase intervienen los rayos ultravioletas, que activan la provitamina D3 y D2; en estado inactivo. Tras varios procesos, los riñones vuelven a enviar la vitamina D a la sangre, a través de la cual circula por todo el organismo proveyendo a cada tejido la cantidad necesaria para desempeñar la función que corresponda. REQUERIMIENTOS: Adultos: 400 UI /día. HIPOVITAMINOSIS: La falta de vitamina D en la dieta o la falta de exposición a la luz solar durante la infancia produce raquitismo y en los adultos osteomalacia. La matriz ósea no bien mineralizada ocasiona la formación de huesos suaves y flexibles y la fuerza muscular que se ejerce sobre los huesos debilitados deforman a estos y aparecen alteraciones como: rosario raquítico en las articulaciones esterno – costales, tórax en quilla y piernas curvadas (genu varo y genu valgo). Figura No. 16 Alteraciones óseas por deficiencia de vitamina D HIPERVITAMINOSIS: La toxicidad por vitamina D induce una concentración sérica anormalmente elevada de calcio (hipercalcemia), lo que podrían causar cálculos renales y la calcificación de órganos como el corazón y riñones si no es tratada a tiempo. VITAMINA E – ANTI ESTERILIDAD – VITAMINA DE LA FECUNDACIÓN Incluye varios tocoferoles y el que mayor actividad posee es el α – Tocoferol, estos se absorben con facilidad en presencia de sales biliares. De toda la vitamina E que se toma al día, únicamente se absorbe y atraviesa la barrera intestinal el 20 al 40 %. FUNCIONES: Ayuda al cuerpo a utilizar la vitamina K, participa en la formación de glóbulos rojos, protectora de la vitamina A, protección celular, evita la degeneración muscular, participa en el proceso de reproducción y mejora el sistema inmunitario. Se la considera uno de los antioxidantes más importantes, siendo al parecer la primera línea de defensa en contra de la lipoperoxidación de las membranas. FUENTES: Germen de trigo, aceites vegetales, aceitunas, semillas de sésamo, frutos secos, mantequilla, margarina, espinacas y espárragos. REQUERIMIENTOS: Adultos 12 UI/día. HIPOVITAMINOSIS: Puede haber anemia hemolítica debido a la producción escasa de hemoglobina y al acortamiento en la vida del eritrocito, deterioro de las funciones inmunitarias. Entre los efectos a largo plazo figuran las enfermedades neuromusculares. Grupos con riesgo de deficiencia: recién nacidos, especialmente prematuros y personas con incapacidad de absorber las grasas eficazmente en el intestino. Figura No. 17 Los lactantes prematuros que sufren anemia hemolítica no explicada después del primer mesde vida, sobre todo si muestran trombocitosis, deberían recibir tratamiento empírico con vitamina E o someterse a una determinación de las concentraciones séricas de vitamina E y lípidos. HIPERVITAMINOSIS: Su toxicidad puede interferir con la acción de la vitamina K y provocar hemorragias, dolor abdominal y fatiga. VITAMINA K – ANTIHEMORRÁGICA No está presente en la lista de vitaminas esenciales. Los anticoagulantes y los antibióticos interfieren con la vitamina K. FUNCIONES: Colabora en la síntesis ósea, necesaria para la biosíntesis de los factores de la coagulación sanguínea, interviniendo en la conservación de los valores normales de estos, especialmente de la protrombina. FUENTES: Repollo, alfalfa, espinaca, salvado de arroz, coliflor, brócoli, soja, hígado de cerdo, cereales. REQUERIMIENTOS: Las bacterias intestinales satisfacen los requerimientos diarios. Cuando la absorción se bloquea, la inyección de 1-2mg/día vía intramuscular es necesaria. AVITAMINOSIS: Su ausencia total provocaría que la sangre no coagulase. HIPOVITAMINOSIS: La mal absorción de las grasas es la causa más frecuente de la deficiencia de vitamina K; la misma que se caracteriza por: hemorragias, equimosis, petequias y hematomas. En el recién nacido cuyo intestino es estéril y la placenta no permite el paso de la vitamina al feto de modo eficiente, causa la enfermedad hemorrágica en el recién nacido. Figura No. 18 Equimosis, lesión subcutánea caracterizada por depósitos de sangre extravasada debajo de la piel intacta. Petequias, lesiones pequeñas de color rojo. Hematoma, mancha de la piel, de color azul amoratado. HIPERVITAMINOSIS: El efecto negativo puede ser fatal en niños recién nacidos, ya que puededar como resultado daño hepático. Además, puede ocasionar anemia hemolítica, que conlleva a la hiperbilirrubinemia y en casos graves kernicterus. La toxicidad es rara.  VITAMINAS HIDROSOLUBLES Son aquellas sustancias que se disuelven en agua, se desplazan libremente en el organismo y su exceso generalmente se eliminan a través de los riñones. Los alimentos no grasos contienen las vitaminas hidrosolubles que comprenden: vitamina C y las del complejo B (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9 y B12). VITAMINA B1 – TIAMINA – ANTINEURÍTICA – ANTIBERIBERI Su absorción ocurre en el intestino delgado (yeyuno, íleon) como tiamina libre y como difosfato de tiamina (TDP), la cual es favorecida por la presencia de vitamina C (ácido ascórbico) y vitamina B9 (ácido fólico), pero inhibida por la presencia de etanol (alcohol etílico). FUNCIONES: Participa en reacciones químicas de respiración celular y es la encargada de ayudar a las células a transformar los hidratos de carbono en energía, colabora en la síntesis de ácidos grasos y participa en el transporte de sodio. FUENTES: Hígado de cerdo, cereales enteros, leguminosas, pastas, huevos, salvado de arroz, pescado, carnes magras, soja y productos lácteos. REQUERIMIENTOS: Adultos 1,5mg por c/2500 cal. HIPOVITAMINOSIS_ Fue una de las primeras vitaminas cuya carencia pudo relacionarse con una enfermedad específica, el Beriberi; común en grupos de población alimentados a base de arroz pulido, ya que la tiamina está presente en mayor cantidad en la cáscara de este grano. Uno de los primeros síntomas del beriberi es la neuropatía periférica (es un daño de uno o más nervios periféricos caracterizado por sensibilidad disminuida a la temperatura y al tacto). Existen dos clases: − Beriberi seco, que se caracteriza por síntomas neuromusculares, incluyendo atrofia muscular. − Beriberi húmedo, cursa con edema de origen cardíaco.  Figura No. 19 Beriberi Seco, se aprecia atrofia muscular. Beriberi Húmedo, se observa edema. VITAMINA B2 – RIBOFLAVINA – VITAMINA G – VITAMINA GREEN FUNCIONES: Tiene un papel importante en el metabolismo energético y es requerida en el metabolismo de grasas, carbohidratos y proteínas, así como para una amplia variedad de procesos celulares. Neutraliza los radicales libres que pueden dañar las células y el ADN. Este efecto antioxidante neutralizante podría reducir o ayudar a prevenir algunos de los daños que contribuyen al proceso de envejecimiento, así como el desarrollo de una serie de afecciones como las enfermedades coronarias o el cáncer. También ayuda a convertir la vitamina B6 y la vitamina B9 en formas activas. FUENTES: Las principales fuentes de esta vitamina la constituyen la leche, huevos, hígado vacuno, carne de cerdo, pescados y hortalizas verdes. REQUERIMIENTOS: Adultos 1,1 – 1,8 mg/día. HIPOVITAMINOSIS: Es raro encontrar una deficiencia sólo de una vitamina, pues va acompaña por la de otras vitaminas del complejo B, de manera directa su carencia produce lesiones en el plazo de tres meses y son: queilitis angular, glositis, dermatitis seborreica, opacidad y ulceración de la córnea, congestión de la esclerótica, pigmentación anormal del iris, conjuntivitis y fotofobia.  Figura No. 20 Queilitis Angular, lesiones inflamatorias en la comisura de los labios, frecuentemente bilateral. Congestión de la esclerótica. VITAMINA B3 – NIACINA – VITAMINA PP – VITAMINA PROTECTORA DE LA PELAGRA El término niacina se refiere al ácido nicotínico y a la nicotinamida, ambas se utilizan para formar las coenzimas que son clave en las reacciones de óxido – reducción, puesto que el ácido nicotínico también puede ser sintetizado por los humanos a partir del aminoácido triptofánico. FUNCIONES: Necesaria para aportar energía a todas las reacciones metabólicas corporales y para el crecimiento. FUENTES: Pescado, hígado de oveja, carnes magras, carne de cerdo, salvado de arroz, trigo, cacahuetes, semillas de girasol, almendras y habas. La levadura y el salvado son buenas fuentes naturales, pero la eliminación del salvado de la molienda de trigo reduce el contenido de niacina de harina blanca de trigo a un nivel bajo. REQUERIMIENTOS: En un adulto es de 20 mg/día. HIPOVITAMINOSIS: Pelagra o Lengua Negra, se caracteriza por las tres D: dermatitis fotosensible, diarrea y demencia, que en ocasiones puede llevar a una cuarta D, que es la defunción. Se caracteriza por: cefalea, vértigo, insomnio, pérdida de la memoria y erupciones rojas en la piel a manera de quemaduras solares, siendo simétricas que se oscurecen y posteriormente se desprenden dejando cicatrices.  Figura No. 21 Lesiones cutáneas de la pelagra VITAMINA B5 – ÁCIDO PANTOTÉNICO Su nombre proviene de la palabra griega ‘pantós’, que significa: en todas partes, puesto que está presente en todas las células vivas. REQUERIMIENTOS: Adultos 5 – 7 mg / día. FUNCIONES: Ayuda al cuerpo a descomponer grasas, hidratos de carbono y proteínas para generar energía. Formar glóbulos rojos, así como hormonas sexuales y hormonas relacionadas con el estrés. FUENTES: Vísceras (hígado, riñones), carne (pollo, res, pescado), yema de huevo, leche, cereales, frutos secos, hortalizas y champiñones. HIPOVITAMINOSIS: Aunque es extraño. Los signos y síntomas, cuando se produce una deficiencia de esta vitamina son: Dermatitis, caída del cabello, xerodermia, náuseas, cefalea, estrés, ansiedad, apatía, debilitamiento del sistema inmunológico y muscular. VITAMINA B6 Se presenta en tres formas: piridoxal, piridoxamina y piridoxina. La piridoxina, en su forma activa como piridoxal fosfato, es una coenzima que interviene en múltiples procesos químicos de nuestro cuerpo como la síntesis de neurotransmisores. FUNCIONES: Interviene en la transformación de hidratos de carbono, proteínas y grasas en energía para el organismo. Mejora la circulación general al disminuir los niveles de homocisteína (aminoácido no esencial que interviene en patologías cardiovasculares), Ayuda en la producción de ácido clorhídrico en el estómago. Forma hemoglobina y niacina. Ayuda a absorber la vitamina B12 o Cobalamina y ayuda también a mantener el sistema inmunológico. FUENTES: Carnes: ternera, cerdo, res, aves, cordero, mariscos e hígado de pescado, yema de huevo, lácteos, cereales integrales y sus derivados (puesto que siempre llevan vitamina añadida). En general en las frutas la presencia de vitamina B6 es baja teniendo su mayor aporte las bananas y pistachos. REQUERIMIENTOS: Adultos: 2 mg/día. HIPOVITAMINOSIS: Se han atribuido a su carencia ciertos tipos de cuadros convulsivos en los niños, pues parece guardar relación con uno de los neurotransmisores más importantes como el GABA (Ácido Gama Amino Butírico), por lo que una disminución en la concentración del GABA, aumenta la tendencia a sufrir convulsiones. Figura No. 22 Hipovitaminosis: Irritabilidad, nerviosismo y depresión. VITAMINA B7 – BIOTINA – VITAMINA H – VITAMINA HUMANA Esta vitamina actúa como una coenzima en las reacciones de carboxilación. FUNCIONES: − Esenciales para el metabolismo de grasas y carbohidratos. − Ayuda en el control de glucosa en personas diabéticas. − Mejora la resistencia a la insulina y mejora la tolerancia a la glucosa. − Ayuda a mantener la salud del cabello y las uñas. − Ayuda en el crecimiento y mantenimiento de los tejidos musculares y la reparación de estos tejidos en caso de daño. También garantiza el funcionamiento de los tejidos del sistema nervioso, junto con el crecimiento deseado de la médula ósea. − Reduce los excedentes de colesterol del cuerpo humano, garantizando el buen funcionamiento del corazón y del organismo. − Sirve para tratar: alopecia, enfermedad de Crohn, síndrome de Rett (mutación genéticapoco frecuente que afecta al desarrollo cerebral en las niñas), enfermedad de Parkinson, neuropatía periférica y dermatitis seborreica. Figura No. 23 Enfermedades en la que se usa la biotina como tratamiento. FUENTES: Yemas de huevo, hígado, verduras y cereales integrales. REQUERIMIENTOS: Adultos 20 ug/día. HIPOVITAMINOSIS: La dieta baja en biotina disminuye la producción de la insulina. VITAMINA B9 – ÁCIDO FÓLICO – FOLACINA – ÁCIDO PTEROIL – L – GLUTÁMICO La forma aniónica se llama folato, se absorbe en el duodeno y el yeyuno proximal. FUNCIONES: Necesaria para la síntesis de purinas y pirimidinas que se requieren para formar ADN. Trabaja junto con la vitamina B12 y la vitamina C para descomponer, utilizar y crear nuevas proteínas. Ayuda a formar glóbulos rojos, incrementa el apetito cuando es necesario, estimula la formación de ácidos digestivos, puede ayudar a reducir los niveles sanguíneos de homocisteína y puede ayudar a evitar la pérdida de memoria asociada con el envejecimiento. Ayuda a proteger contra el cáncer de pulmón, colon de cuello uterino. El consumo adecuado de ácido fólico antes de la concepción y durante el primer trimestre del embarazo ayuda a prevenir ciertos defectos del cerebro y médula espinal; como: la espina bífida. FUENTES: Espinacas, espárragos, plátanos, melones, limones, levadura, guisantes secos, habas secas, y lechuga. Además, en vísceras de vacunos y porcinos; sin embargo, se destruyen parcialmente con la cocción. REQUERIMIENTOS: La dosis recomendada de folato es de 400 microgramos diarios en el adulto y el límite superior es de 1000 microgramos. El folato no es tóxico. En el embarazo, la dosis recomendada es de: 800 mcg/día. HIPOVITAMINOSIS: La deficiencia en ser humano se debe a: carencia en la dieta. Síndrome de mala absorción. Descompensación funcional del embarazo. En ciertos casos de Sprue es difícil saber si la falta de absorción provocó la deficiencia de ácido fólico o sí, por el contrario, la deficiencia de ácido fólico impide la duplicación celular en las células intestinales lo que causa una mala absorción. Además, produce anemia megaloblástica por déficit de folato, su cuadro clínico es similar a la anemia por déficit de vitamina B12, pero sin manifestaciones neurológicas. En la vejez aumenta significativamente el riesgo de desarrollar demencia. Ocasiona ciertas anomalías congénitas del sistema nervioso central, incluyendo la espina bífida. Figura No. 24 Espina Bífida Oculta, es la menos grave, la médula espinal no se cierra completamente o sólo se cierra con piel. Meningocele, protrusión de las meninges a través de un defecto óseo en la columna vertebral. Mielomeningocele, la columna vertebral y el conducto raquídeo no se cierran antes del nacimiento, es la forma más grave. VITAMINA B12 – ANTI ANEMIA PERNICIOSA- COBALAMINA La vitamina B12, también conocida como cobalamina, es una vitamina hidrosoluble esencial para el correcto funcionamiento del cuerpo humano. ABSORCIÓN: En el estómago, la vitamina B12 se libera de los alimentos y se une a una proteína llamada factor intrínseco, producida por las células parietales. Este complejo vitamina B12- factor intrínseco es esencial para su posterior absorción en el intestino delgado, específicamente en el íleon. Una vez allí, el complejo es reconocido por receptores específicos y es transportado al interior de las células intestinales, desde donde pasa al torrente sanguíneo. FUNCIONES: Funciona como una coenzima en varias de las funciones metabólicas del organismo; por ejemplo: − En el metabolismo de las grasas, hidratos de carbono, ácidos nucleicos y la síntesis de proteínas. − Indispensable para la formación de glóbulos rojos, para la regeneración de todos los tejidos y el crecimiento corporal. − Fundamental para el correcto desarrollo del sistema nervioso, ya que mantiene sana la vaina de mielina de las células nerviosas y participa en la síntesis de los neurotransmisores. − Ayuda a eliminar los restos de alcohol tras una noche de consumo excesivo, ya que absorbe el alcohol, por lo que ayuda a prevenir o a bajar el impacto de la resaca post alcoholismo. FUENTES: No se encuentra en fuentes vegetales, ni verduras ni frutas, ya que es una vitamina que metaboliza el cuerpo. Podemos encontrar en: hígado, riñones, huevos, lácteos, carne magra de vaca, pavo, res, cerdo y pollo, atún, almejas, ostras y sardinas. REQUERIMIENTOS: Aporte dietético recomendado (ADR) 2.4 ug diarios. HIPOVITAMINOSIS: La deficiencia casi siempre es el resultado de absorción inadecuada, pero también puede ocurrir en los veganos que no toman suplementos vitamínicos, esto puede ocasionar anemia megaloblástica por déficit de vitamina B12 que se caracteriza por lesiones en el sistema nervioso que es mortal si no se trata. Afecta a la médula espinal y el cerebro causando neuropatía periférica caracterizada por entumecimiento en las manos o los pies. Figura No. 25 Anemia Perniciosa VITAMINA C – ÁCIDO ASCÓRBICO – FACTOR ANTI ESCORBUTO Su absorción es rápida y completa cuando se administra por vía oral o parenteral. Se encuentra en las glándulas de secreción interna, hígado, cerebro, menos en el músculo. FUNCIONES: Puede reducir la severidad de los síntomas del resfriado ya que actúa como un antihistamínico natural, útil para el control de las alergias, factor importante en la producción de colágeno, carnitina, hormonas relacionadas con el estrés y aminoácidos como la tirosina. Ayuda a sanar fracturas, quemaduras y heridas quirúrgicas más rápido. Aplicada tópicamente, puede proteger la piel del daño de los radicales libres después de la exposición a los rayos ultravioleta (UV). Como antioxidante ayuda a prevenir las cataratas (opacidad del cristalino del ojo que puede conducir a la ceguera en los adultos). Apoya la función inmune y facilita la absorción de hierro. FUENTES: Perejil, brócoli, pimientos, guisantes, nabo, tomate, toronja, fresas, naranjas, zumo de limón, papaya, coliflor. REQUERIMIENTOS: Aporte dietético recomendado (ADR): 75 mg diarios para las mujeres y 90 mg diarios para los hombres, el nivel máximo tolerable de vitamina C es aproximadamente 2000 mg por día. HIPOVITAMINOSIS: En los países desarrollados, la deficiencia puede ocurrir por desnutrición, pero la deficiencia severa (que causa escorbuto) es poco frecuente. Los síntomas de deficiencia incluyen: fatiga, depresión, defectos de tejido conectivos como: gingivitis, erupciones de la piel, hemorragias petequiales, subcutáneas y subperiósticas y edema o heridas que no cicatrizan. HIPERVITAMINOSIS: Malestares estomacales y diarrea. Figura No. 26 Escorbuto (Hipovitaminosis de vitamina C), se caracteriza por gingivitis o gingivorragia  PROTEÍNAS Son las biomoléculas orgánicas más abundantes en las células, puesto que forman del 55 % - 85 % de su peso seco y contienen: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre, fósforo, hierro, zinc y cobre. Están constituidos por la unión de subunidades llamadas aminoácidos, formadas mínimo por 20 aminoácidos diferentes y todos tienen una estructura básica idéntica: un grupo amino, un grupo carboxilo y un carbono central unido a un radical que varía de un aminoácido a otro. Cualquier error en la posición de los aminoácidos puede provocar que la proteína no se pliegue correctamente, ocasionando que no tenga la estructura tridimensional que le permite realizar su función, llegando a alterar el funcionamiento de todo el organismo. El análisis de la secuencia de aminoácidos puede ayudar en el desarrollo de pruebas diagnósticas y terapias eficaces. Por ejemplo, el cambio de un aminoácido por otro en la molécula de hemoglobina provoca la anemia falciforme. En la anemia falciforme los glóbulos rojos son más frágiles y se rompen con facilidad, son deformados porque el aminoácido cambiado respecto a la hemoglobina normal hace que la molécula se pliegue de manera incorrecta. Figura No. 27 Eritrocito normal y eritrocito en la anemia falciforme DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS La desnaturalización implica modificaciones en la estructura de la proteína que traen como resultado una alteración o desaparición de sus funciones. El fenómeno puede producirse por: − Agentes físicos: radiaciones, altas presiones y temperatura entre 50 °C y 60 °C − Agentes químicos: urea, sustancias con actividad detergente y pH inferior a 4 y pH superior a 10. En la práctica se reconoce la desnaturalización de las proteínas por la pérdida de solubilidad, y cuando se trata de proteínas enzimáticas por la disminución de la actividad. La desnaturalización puede ser reversible o irreversible hay ocasiones que, al regresar a las condiciones originales, se recupera las características de solubilidad y actividad enzimática, en estos casos se habla de reversibilidad de la desnaturalización. Cuando el agente es muy agresivo, es irreversible. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS SEGÚN SU COMPOSICIÓN PROTEÍNAS SIMPLES U HOLOPROTEÍNAS Se encuentran formadas por cadenas de polipéptidos; por lo tanto, su hidrólisis produce únicamente aminoácidos. Las subdivisiones se basan en propiedades de solubilidad. Por Ejemplo: albúminas (proteína plasmática) cuya función es de reserva. PROTEÍNAS CONJUGADAS O HETEROPROTEÍNAS Formadas por cadenas de péptidos unidas a otro tipo de compuestos que reciben el nombre de grupo prostético. Si el grupo prostético es un glúcido; la denominamos glucoproteína; si es una sustancia lipídica recibe el nombre de lipoproteína. PROTEÍNAS DERIVADAS Las proteínas derivadas son sustancias que se obtienen a partir de la desnaturalización o hidrólisis de proteínas simples o conjugadas. Es decir, son productos de la degradación de proteínas más complejas. Esta degradación puede ocurrir de forma natural en el organismo o de manera artificial en un laboratorio. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS SEGÚN SU CONFORMACIÓN Se entiende como conformación a la orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los ejes de sus enlaces. PROTEÍNAS FIBROSAS – ESCLEROPROTEÍNAS Están constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje, formando fibras o láminas largas. Su función es estructural, insolubles en agua y resistente a la hidrólisis. Forma parte de: la piel, músculos, tendones y tejido conectivo. Las principales son: colágeno, queratina, fibrinógeno, elastina y proteínas musculares. COLÁGENO: Es el más abundante del cuerpo humano y en los vertebrados, forma parte de: huesos, piel, tendones y cartílagos. En los ancianos se encuentra una mayor proporción de colágeno más duro, menos flexible y elástico. Lo que podría contribuir a la aparición de ciertos problemas patológicos. QUERATINA: Constituye en el ser humano la capa externa de la piel, pelo y uñas. En cambio, en los animales forma las escamas, pezuñas, cuernos y plumas. La queratina protege el cuerpo del medio externo y es por ello insoluble en agua. FIBRINÓGENO: Proteína plasmática soluble de la sangre responsable de la coagulación, sintetizado en el hígado. Bajo la acción catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que es el elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos. ELASTINA: Interviene en la arquitectura del tejido conectivo y es la responsable de extensibilidad y retroceso elástico de los tejidos, esto último quiere decir que al someterla a una tensión aumenta su longitud varias veces y vuelve adquirir su tamaño y forma original al desaparecer la tensión. Forma parte de los vasos sanguíneos, pulmones y ligamentos. Se reconoce una disminución en la elasticidad de la pared de los vasos sanguíneos a medida que el individuo envejece. PROTEÍNAS MUSCULARES Constituyen un grupo de proteínas especializadas en las que radica una de las propiedades más sobresalientes de los seres vivos, la del movimiento presente en todas las células. La interacción de las cabezas de miosina y filamentos de actina en presencia de ATP es responsable de la fuerza muscular. MIOSINA: Comprende el 55% de las proteínas del músculo estriado y forma los filamentos gruesos. La miosina del músculo esquelético fija actina para formar actino – miosina; este complejo aumenta la fuerza de contracción. ACTINA: Corresponde al 25% de las proteínas del músculo estriado y forma los filamentos delgados. TROPOMIOSINA: Constituye el 10% de las proteínas musculares y regula la contracción muscular. Bloquea la interacción actino – miosina en estado relajado. TROPONINA: Es menos abundante y se une a la tropomiosina, interviene en la regulación de la contracción muscular al impedir la interacción entre la miosina y la actina. PROTEÍNAS GLOBULARES Son proteínas de gran actividad funcional y pertenecen a este grupo los anticuerpos, algunas hormonas, la hemoglobina, las enzimas y los microtúbulos. Son solubles en medios acuosos y en algunas ocasiones tienen funciones estructurales por ejemplo los microtúbulos. ANTICUERPOS – INMUNOGLOBULINAS: Se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre. CLASES DE INMUNOGLOBULINAS − IgG: Representa el 80%, proporcionan protección a largo plazo, atraviesan la placenta y confiere inmunidad pasiva al feto. − IgA: Representa el 13%, defensa contra la entrada de microorganismos por las membranas externas, pues se produce en: tejido linfoide, saliva, lágrimas, secreciones bronquiales,  intestinales y mamarias − IgM: Representa el 6%, considerada la primera línea de defensa. Son las primeras en producirse en respuesta a una infección y activan el complemento de manera eficiente. − IgD: Representa 1%, es un detector de antígenos y está en la superficie de los linfocitos B. − IgE: Representa menos del 1%, se produce en las vías respiratorias y digestivas, están involucradas en las reacciones alérgicas y en la defensa contra parásitos. HORMONAS PROTEICAS: Segregadas por las glándulas endócrinas, estimulan a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes, como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y de leche. La insulina, segregada por las células β de los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroxina, segregada por la tiroides, regula el metabolismo global; y la calcitonina, también producida en la tiroides, reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la mineralización ósea. HEMOGLOBINA: Es una molécula clave en el transporte de oxígeno, es el pigmento respiratorio presente en los glóbulos rojos. Está formada por la proteína globina y el grupo prostético hem o hemo. Es la proteína más abundante en la sangre total de un individuo normal. Las hemoglobinopatías pueden ser: − El primer grupo se debe a mutaciones que alteran la estructura, entre ellas la hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes. − El segundo grupo, se relaciona con la síntesis disminuida de las cadenas de globina, estos trastornos se llaman talasemias.  figura No 28. Glóbulos rojos normales, y con talasemia ENZIMAS Se combinan con otras sustancias, llamadas sustratos para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Son responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales se acopla el sustrato igual y controla el metabolismo en todo el cuerpo. MICROTÚBULOS Son agrupaciones de proteínas globulares que actúan como entramado estructural de las células y al mismo tiempo transportan sustancias de una parte de la célula a otra. Constituyen la estructura interna de cilios y flagelos. Además, forman parte del citoesqueleto. Las paredes del tubo están formadas por dos tipos de subunidades de una proteína globular, la alfa y la beta tubulina; que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y aumentan su longitud en función de las necesidades. Figura No. 29 Estructura del Microtúbulo  ENZIMAS Son un tipo específico de proteína que actúan como catalizadores biológicos o biocatalizadores, su función es la de aumentar la velocidad de reacción sin modificar la reacción, afectar a su equilibrio y sin ser consumida durante esta. Las enzimas sólo actúan sobre reacciones que suceden de forma espontánea; es decir, sobre reacciones termodinámicamente posibles. Las reacciones químicas necesitan una cierta cantidad de energía para iniciarse, es lo que conocemos como energía de activación. Esta energía permite romper los enlaces de las moléculas que reaccionan y crean nuevos enlaces, cuando disminuye la energía de activación, las enzimas aumentan la velocidad de la reacción. Figura No. 30 Energía de activación El sitio activo es una zona de la enzima especializada en la unión sobre los reactivos o sustratos,que se modifican durante el curso de la reacción para dar lugar a los productos. Las enzimas tienen una afinidad determinada por distintos reactivos y a esto lo conocemos como especificidad, algunas enzimas son específicas ósea de un solo tipo de sustrato, mientras que en otros casos pueden ayudar en la reacción de distintos sustratos, aunque siempre suelen ser similares.  Figura No. 31 Sistema Enzimático CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS Las enzimas reciben el nombre en función del sustrato al que se unen o del tipo de reacción que catalizan. Tabla No. 3 Clasificación de las Enzimas. ATP SINTASA: Cataliza la reacción de síntesis del ATP. OXIDOREDUCTASAS: Cataliza reacciones de oxido reducción, por ejm: − DESHIDROGENASA LÁCTICA – LACTATO DESHIDROGENASA – LDH: Aparece en la mayor parte de las células humanas, y se eleva en infarto de miocardio. TRANSFERASAS: Catalizan reacciones de transferencia de grupos, entre ellas tenemos: − TRANSAMINASAS: Son dos: transaminasa glutámica oxalacética – TGO o aspartato aminotransferasa – AST y transaminasa glutámica pirúvica – TGP o alanina aminotransferasa – ALT, ambas se encuentran en todos los tejidos, aumentan en hepatopatías. El miocardio es abundante en aspartato aminotransferasa. − CREATINFOSFOCINASA – CPK: Se encuentra en el corazón, músculo esquelético ycerebro. Es la primera en elevarse en infarto de miocardio. − GAMA GLUTAMIL TRANSPEPTIDASA – GGT: Indicador de: hepatitis víricas, metástasis hepáticas, obstrucción biliar y hepatitis alcohólica. HIDROLASAS: Catalizan reacciones de hidrolisis, es decir rotura de enlaces por incorporación de una molécula de agua, comprenden cerca de 200 enzimas, entre ellas tenemos: − LIPASA: En humanos se encuentra en la leche materna y según estudios bioquímicos, se supone que el origen es pancreático y llega a las glándulas mamarias a través de la circulación sanguínea, su función principal es ayudar a la absorción de grasas. − AMILASA: Cataliza la hidrólisis del almidón y glucógeno, es producida por el páncreas y glándulas salivales, ayuda al diagnóstico de pancreatitis aguda y carcinoma de páncreas. Puede haber elevaciones moderadas en: paperas, úlceras pépticas perforadas y despuésde la administración de morfina. − FOSFATASA ALCALINA: Se encuentra en el hígado y hueso, aumenta en la niñez y adolescencia porque se asocia al crecimiento óseo, raquitismo, osteomalacia, obstrucción biliar, metástasis ósea por: cáncer de mama, pulmones o próstata. − FOSFATASA ÁCIDA: Proviene de la próstata y de los glóbulos rojos. El aumento de la fracción prostática ocurre en el carcinoma metastático de próstata. LIASAS: Cataliza reacciones de rotura de enlaces sin incorporar agua LIGASAS: Cataliza reacciones que provocan la unión de moléculas ISOMERASAS: Cataliza reacciones de transferencia de grupos para formar isómeros. FUNCIONES DE LAS VITAMINAS EN EL SISTEMA ENZIMÁTICO Las vitaminas cumplen la función de coenzimas en una reacción catalizada por enzimas. BIOTINA: Está ligada a los procesos de carboxilación o fijación del CO2. VITAMINA B12: Interviene en reacciones de isomerización. ÁCIDOS NUCLEICOS Son biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo, con frecuencia se encuentran asociados a proteínas formando nucleoproteínas, se encuentran formados también por la unión de nucleótidos. Al compuesto formado por la pentosa y la base nitrogenada lo conocemos como nucleósido y al unirle a este el ácido fosfórico, se obtiene el nucleótido, los nucleótidos además de formar parte de los ácidos nucleicos actúan como coenzimas. La pentosa que forma los ácidos nucleicos puede ser ribosa que formará el ARN (ácido ribonucleico) y la desoxirribosa origina el ADN (ácido desoxirribonucleico). Figura No. 32 Estructura del nucleósido y nucleótido. La base nitrogenada es un compuesto cíclico formado por cadenas de carbono y grupos amina o amida y los clasificamos en purinas y pirimidinas. − PURINAS: Adenina (A) y guanina (G) − PIRIMIDINAS: Timina (T), citosina (C) y uracilo (U). La adenina, guanina, timina y citosina forman parte del ADN mientras que en el ARN la timina es sustituida por uracilo. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO – ADN Es un ácido nucleico formado por nucleótidos de desoxirribosa conocidos como desoxirribonucleótidos, habitualmente se encuentra en forma de doble cadena, aunque algunos virus poseen una cadena sencilla de ADN, para formar la doble cadena, existe una complementariedad entre las bases nitrogenadas, emparejándose siempre la adenina con la timina y la guanina con la citosina. Entre la primera pareja, se establecen dos puentes de hidrógeno mientras que en la pareja guanina – citosina se establecen tres puentes de hidrógeno. En cualquier muestra de ADN la cantidad de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas, esta ley de complementariedad de bases hace que las bases nitrogenadas queden hacia dentro de la cadena de ADN unidas por puentes de hidrógeno, lo que otorga una gran estabilidad a la molécula. Las cadenas de ADN tienen polaridad; es decir dos extremos claramente diferenciados, en uno de los extremos aparece el grupo fosfórico del último nucleótido y a este extremo lo conocemos como 5’ (porque está unido al carbono C5’); mientras que en el otro extremo aparece un grupo OH ligado al carbono C3’ y lo denominamos extremo 3’. Al formarse la doble cadena estas además de ser complementarias siguiendo la ley de complementariedad, se disponen de forma antiparalela, es decir el extremo 3’ de una cadena queda enfrentado al extremo 5’ de la otra. Figura No.33 Estructura lineal del ADN La secuencia de nucleótidos de la doble cadena dispuestos de forma complementaria y antiparalela se enrolla sobre sí misma y forma unos largos tirabuzones helicoidales, esto es lo que conocemos como la estructura de doble hélice. A esta doble hélice la consideramos la estructura secundaria del ADN, pero este puede compactarse mucho más. Gracias a unas proteínas denominadas histonas el ADN se enrolla y da lugar a unas estructuras denominadas nucleosomas, los cuales pueden empaquetarse generando lo que se conoce como el superenrollamiento del ADN, estas estructuras se van compactando hasta formar los cromosomas. Figura No. 34 Estructura del ADN en una célula eucariota. En el momento en que una célula se divide para dar lugar a dos células hijas, el ADN al ser el portador de la información genética se duplica con el objetivo de transferir la misma información a las dos células resultantes, este proceso recibe el nombre de replicación. REPLICACIÓN: es el proceso por el cual el ADN al ser el portador de la información genética se duplica con el objetivo de transferir la misma información de la célula madre a sus dos células hijas resultantes. El ADN posee la información para crear las proteínas de un ser vivo, en función de la secuencia de nucleótidos de ADN que contenga un organismo, se crearán una serie de proteínas que harán que cada organismo se desarrolle de forma diferente. Sin embargo, el ADN no puede traducirse directamente a proteína, por lo que es necesario otro proceso intermedio llamado transcripción. TRANSCRIPCIÓN: es el proceso por el cual, a partir de la cadena de ADN se crean cadenas de ARN, las cuales ya pueden ser leídas y traducidas a proteínas. ÁCIDO RIBONUCLEICO – ARN Se diferencia del ADN por estar formado por una ribosa en vez de desoxirribosa y por presentar uracilo en lugar de timina, el ARN es mucho más abundante en las células que el ADN. El papel del ARN es el de sintetizar las proteínas siguiendo la información marcada por el ADN mediante el proceso llamado traducción. Existen tres tipos de ARN, los cuales se distinguen por su estructura y función, entre estos tenemos: ÁCIDO RIBONUCLEICO DE TRANSFERENCIA – ARNt: Hay unas 60 moléculas distintas de ARNt en las células, su tamaño es relativamente pequeño y es el encargado de buscar los distintos aminoácidos en función de la secuencia marcada por el ARNm. La unión entre el ARNt y aminoácidos que transportan se establece mediante enlaces covalentes. ÁCIDO RIBONLUCEICO MENSAJERO – ARNm: Son cadenas largas y sencillas que se encuentran en suspensión en el citoplasma, existen dos o tres mil ARNm distintos en una célula normal. Se crea como una copia complementaria del ADN (transcripción) y se encarga de transportar la información que contiene el ADN hasta los ribosomas, dónde es leído para la síntesis de proteínas. ÁCIDO RIBONUCLEICO RIBOSOMAL – ARNr: Es el más abundante, y su nombre se debe a que se localiza en los ribosomas, dónde se inicia el proceso de traducción de ARNm en proteínas. Fig. 35 Síntesis de proteínas  BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS Las biomoléculas inorgánicas esenciales para la vida son: agua, sales minerales y gases. AGUA Es la sustancia más abundante en los seres vivos. El volumen total de líquidos en el organismo oscila entre 55 % – 70 % del peso corporal, de acuerdo con el grado de obesidad del sujeto. Pues en los individuos obesos el promedio se acerca al 55% y en una persona promedio es de 70 %. Cerca de las dos terceras partes del agua está en las células, lo que representa del 30% – 40 % del peso corporal y fuera de ellas se encuentra la otra tercera parte del 16% – 20% del peso corporal, la fracción más pequeña es la del líquido transcelular. El agua que está fuera de la sangre actúa como un depósito para reponer o absorber el exceso de agua de la sangre, en caso necesario, este espacio acuoso consta de tres compartimentos: el agua del espacio intracelular, el líquido intersticial y el líquido intravascular, que circula por dentro de los vasos sanguíneos. Los tres compartimentos están en continuo intercambio para mantener un equilibrio correcto dentro del organismo, debido a su estructura molecular, presenta propiedades que la hacen imprescindible para el desarrollo de la vida. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA MOLECULAR La molécula de agua (H2O) está formada por el enlace covalente entre un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, y se caracteriza por: COMPARTICIÓN DE ELECTRONES: En un enlace covalente, los átomos comparten pares de electrones. En el caso del agua, el átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de hidrógeno, esto le permite mantener una configuración estable. POLARIDAD DE LA MOLÉCULA: El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno por lo que atrae hacia su núcleo a los electrones del hidrógeno, esto produce un reparto desigual de las cargas por lo que la molécula de agua se convierte en un dipolo eléctrico en el que el oxígeno cuenta con carga negativa y los hidrógenos con carga positiva. FORMACIÓN DE PUENTES DE HIDRÓGENO: La atracción entre los átomos de hidrógeno y de oxígeno de diferentes moléculas de agua debido a su diferencia de carga forma un tipo de enlace débil que lo conocemos como puente de hidrógeno. Figura No.36 Formación de puentes de hidrógeno FUNCIONES DEL AGUA EN LOS ORGANISMOS VIVOS La importancia del agua para los seres vivos radica fundamentalmente en las funciones biológicas; funciones que son imprescindibles para el mantenimiento de la vida. En condiciones normales el suministro de agua al organismo proviene de tres fuentes: agua visible, agua oculta (alimentos) y agua de oxidación (degradación de los metabolitos). DISOLVENTE DE SUSTANCIAS: Disuelve una gran variedad de sustancias, lo que facilita su transporte y utilización en el cuerpo, ya que la mayor parte de las sustancias que están presentes en el interior del organismo son solubles en ella, inclusive los lípidos que son insolubles en agua, en el organismo se combinan con polipéptidos o proteínas para formar lipoproteínas que son solubles en agua. BIOQUÍMICA: La mayoría de reacciones bioquímicas ocurren en un medio acuoso, ya que el agua facilita la interacción entre las moléculas, por ejemplo, en la hidrólisis que ocurre durante la digestión de los alimentos o en la fotosíntesis. TRANSPORTE: El agua de los líquidos corporales sirve para transportar sustancias nutritivas a las células, así como para llevar los residuos a los sitios de eliminación. ESTRUCTURAL: Ayuda a mantener la forma y el volumen de las células, por ejemplo, las células que carecen de membrana rígida se mantienen debido a la presión que ejerce el agua intracelular. Al perder agua, las células pierden su turgencia natural, se arrugan y hasta se pueden romper (lisis celular). LUBRICANTE: El agua evita el desgaste en los sitios de rozamiento de los órganos que se mueven, como sucede en las articulaciones de las rodillas y los codos. TERMORREGULADORA: Se debe a su elevado calor específico y a su elevado calor de vaporización que hace que el agua sea un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor. Ejemplo: los animales, al sudar, expulsan agua, la cual toma calor del cuerpo para evaporarse y, como consecuencia, este se enfría. REQUERIMIENTOS DE AGUA EN EL ORGANISMO Para calcular los requerimientos de agua en el caso de pacientes pediátricos, se va a utilizar el método de Holliday - Segar, para adultos el requerimiento oscila entre 2,000 a 2,500ml al día. Tabla No. 4 Método Holliday - Segar (agua) Ejemplo 1: Calcular el requerimiento de agua en un paciente de 8Kg Peso APLICACIÓN FÓRMULA: 100 ml / 8 kg / día. RESPUESTA: 800 ml / día. Ejemplo 2: Calcular el requerimiento de agua en un paciente de 17Kg Peso APLICACIÓN FÓRMULA: 100*10= 1000 ml / 50*7= 350ml RESPUESTA: 1350ml / día SALES MINERALES Forman parte de los seres vivos; y aunque se encuentran en cantidades muy pequeñas tienen funciones muy importantes en las reacciones metabólicas, en la regulación de estas o como constituyentes celulares, las más abundantes en los seres vivos son: cloruros, fosfatos, carbonatos de calcio, sodio, potasio y magnesio. Las sales minerales se pueden encontrar enlos seres vivos de tres formas: precipitadas, disueltas o asociadas a moléculas orgánicas. PRECIPITADAS: Constituyen estructuras sólidas, insolubles y con función esquelética. Por ejemplo: el carbonato de calcio que se encuentra en los caparazones de los moluscos o los huesos y dientes que están formados por fosfato de calcio. DISUELTAS: Estas sales se encuentran disueltas en agua y forman iones (aniones y cationes) que tienen diversas funciones en el organismo como, por ejemplo: equilibrio osmótico, transmisión de impulsos nerviosos, contracción muscular, mantenimiento del pH. ASOCIADAS A MOLÉCULAS ORGÁNICAS: Estas sales se unen a moléculas orgánicas, formando compuestos complejos con funciones específicas, por ejemplo, pueden unirse a proteínas, formando fosfoproteínas; o a lípidos, constituyendo fosfolípidos. FUNCIONES DE LAS SALES MINERALES EN LOS ORGANISMOS − Formación de tejidos: Son componentes esenciales de huesos, dientes y tejidos blandos. − Regulación de líquidos: Ayudan a mantener el equilibrio hídrico en el organismo. − Transmisión de impulsos nerviosos: Son fundamentales para la comunicación entre  las células nerviosas. − Contracción muscular: Permiten la contracción y relajación de los músculos. − Producción de energía: Participan en numerosas reacciones metabólicas. − Función enzimática: Muchas enzimas necesitan minerales para funcionar correctamente. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA BIOLOGÍA CELULAR CÉLULA PROCARIOTA La palabra procariota deriva del griego pro = antes y karyon = núcleo. Se llama procariota a las células sin núcleo celular definido reunido en una zona denominada nucleoide. Son las más simples y pequeñas de hecho son todas unicelulares. Debido a lo sencillo de sus mecanismos las procariotas crecen y se reproducen muy fácilmente. La mayor parte de las bacterias se reproduce de forma asexual: cada célula crece hasta alcanzar el doble de su tamaño normal y a continuación se divide en dos células hijas idénticas, cada una de las cuales es portadora de una copia del material genético de la célula madre. Las células bacterianas poseen una capa rígida protectora denominada pared celular en la parte externa de su membrana lipídica, en el interior el citoplasma y el material genético. Las algas azules, denominadas también cianobacterias pertenecen a una familia de procariotas capaces de producir oxígeno mediante un mecanismo fotosintético similar al de las plantas superiores. Viven, por lo general agrupadas en grandes conjuntos en aguas dulces y saladas. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA PILI Y FLAGELOS: Son prolongaciones compuestas por polisacáridos y lipopolisacáridos, tienen como función el movimiento y la conjugación sexual. Se encuentran en la superficie de algunas bacterias. MEMBRANA CELULAR: está formada por una bicapa compuesta por un 40% de lípidos y 60% de proteínas, su función es regular la entrada y salida de sustancias. MESOSOMAS: son invaginaciones de la membrana celular. Compuesta por proteínas y carbohidratos; funciona activamente en la replicación del ARN además están relacionadas con la división celular. NUCLEOIDE: En las células procariotas el ADN es una molécula única, generalmente circular y de doble filamento ubicada en un sector de la célula que se conoce con el nombre de nucleoide, no posee membrana por lo tanto se halla en contacto con el resto del protoplasma. Tiene como función el almacenamiento de la información genética. RIBOSOMAS: Compuesta por un complejo de ARN y proteínas; es el sitio de síntesis de proteínas. CITOPLASMA: Compuesta por moléculas pequeñas de proteínas, enzimas, nutrientes y sales inorgánicas disueltas en solución, es la región donde se efectúan muchas reacciones metabólicas. Figura No. 37 Estructura de la Célula Procariota  CELULA EUCARIOTA Se llama célula eucariota a las células que tienen un núcleo rodeado por una membrana doble; en su interior se encuentra el material genético separado del resto del contenido celular. En el citoplasma que es donde se encuentran organoides complejos denominados organelas u organoides; cumplen funciones específicas. Las eucariotas son células evolucionadas y de estructura más compleja que las procariotas. EUCARIOTAS UNICELULARES O "EUCÉLULAS" Los eucariotas unicelulares reciben también la denominación de eucélulas. Se diferencian de las procariotas por la mayor complejidad de su estructura, por su mayor tamaño y sobre todo por la presencia de orgánulos celulares tales como las mitocondrias, el retículo endoplasmático (liso y rugoso), aparato de Golgi, citoesqueleto, cada uno de los cuales desempeña una función en la célula. Entre las eucariotas unicelulares tenemos la levadura del pan (Saccharomyces cerevisiae); el protozoo ciliado (Paramecium aurelia); algunas algas (excepto las algas azules). CARACTERÍSTICAS Y ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIOTA − Poseen una verdadera organización nuclear rodeado por una doble membrana. − Poseen todos los organelos membranosos: vacuolas, lisosomas (digestión celular), mitocondrias (central energética de la célula), etc. − Poseen membrana plasmática de tipo activa (con gasto de energía química) y pasiva (sin gasto de energía química). − Poseen pared celular celulósica únicamente las células vegetales, las animales y humanas carecen de pared celular. − Poseen nutrición autótrofa (sólo las vegetales), heterótrofa (animales y humanas). − Posee: citoplasma, retículo endoplasmático liso o rugoso, complejo de Golgi, ribosomas, citoesqueleto y centriolos (centrosoma). La célula eucariota vegetal posee cloroplastos.  Figura No. 38 Estructura de la Célula Eucariota Animal y Vegetal. MEMBRANA CELULAR – PLASMALEMA MEMBRANA PLASMÁTICA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Se trata de una delgada película de 5 nm de espesor, visible al microscopio electrónico compuesta por una bicapa lipídica continua con proteínas intercaladas o adheridas a su superficie. La membrana celular o plasmática permite que las células se comuniquen entre sí y se relacionen con las matrices extracelulares gracias a las proteínas receptoras en la misma. En las células vegetales la membrana plasmática está cubierta por la pared celular y en las células animales suele estarlo por la llamada cubierta celular. No es una estructura rígida o cubierta inerte; por el contrario, es una estructura dinámica que garantiza la interacción selectiva entre la célula y el medio que la rodea. FUNCIONES − Límite. − Intercambio de sustancias entre el medio ambiente y el interior de la célula y laregulación de este intercambio. − Comunicación entre las células. − Reconocimiento celular e interacción. − Contacto entre las células (uniones). − Recepción de mensajes. COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR La membrana plasmática está compuesta por: lípidos 40%, proteínas 50% y glúcidos 10%. Se comprende que aquellas porciones son muy similares en el resto de las células, aunque pueden variar en función del tipo celular. Figura No. 39 Composición de la membrana celular LÍPIDOS DE LA MEMBRANA Debido a la diversidad y su gran organización espacial los lípidos son esenciales, pues ellos definen las propiedades físicas de la membrana; entre sus funciones importantes están mantener la fluidez y el grosor de la membrana y está regulada por el grado de saturación de los ácidos grasos. FOSFOLÍPIDOS Son moléculas anfipáticas que significa que por un lado son hidrofílicas (afines al agua) y por el otro hidrofóbicas (que repelen al agua). La principal diferencia entre los distintos fosfolípidos depende el grupo polar o cabeza hidrofílica; en base a esta característica se clasifican en: FOSFOGLICERIDOS O GLICEROFOSFOLÍPIDOS: son los más abundantes de la membrana celular. En sus cadenas existen dobles enlaces lo que produce mayor fluidez a las membranas por sus moléculas más separadas. La cabeza comprende el grupo fosfato y el glicerol que es la parte hidrofílica y se dispone a la superficie intracelular y extracelular. La cola está formada por las dos cadenas de ácidos grasos que constituyen la parte hidrofóbica y es la parte interna de la membrana. ESFINGOLÍPIDOS: están formados por una molécula de ceramida (ácido graso + esfingosina). Dependiendo de la molécula que enlace con la ceramida, podemos encontrar fosfoesfingolípidos o glucoesfingolípidos. Contiene dos cadenas hidrofóbicas unida a una cadena hidrofílica. Poseen uno o más azúcares unidos a su zona hidrofílica; es uno de los responsables junto al colesterol de la segregación de la membrana en dominios moleculares (balsas de lípidos). COLESTEROL La mayor parte de las membranas biológicas de las eucariotas posee colesterol mientras que en las procariotas el colesterol está ausente. Se encuentra en la zona hidrofóbica, contribuye a la estabilidad de la membrana con la interacción con las colas de la bicapa lipídica y contribuye a su fluidez. Es abundantes en las células animales. Figura No. 40 Colesterol en la membrana celular. PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA Desempeñan un papel importante no sólo en la estructura de la membrana, sino también en su permeabilidad ya sea como canales o como transportadores. Son responsables de muchas funciones de las membranas celulares y se clasifican en intrínsecas y extrínsecas. PROTEÍNAS INTEGRALES O INTRÍNSECAS: son aquellas que forman parte de la membrana de manera permanente. Se dividen en tres grupos: las transmembranas, la integradas en una monocapa y las unidas covalentemente a moléculas que forman parte de la membrana. − TRANSMEMBRANA: poseen tres tipos de dominios en sus secuencias de aminoácidos: uno extracelular, uno intracelular y otro en el interior en la propia membrana. Existen proteínas transmembrana cuya cadena de aminoácidos cruza una sola vez la membranamientras que otras pueden hacerlo hasta 7 veces. En el interior de la membrana poseen secuencias de aminoácidos con radicales hidrofóbicos que se sitúan entre las cadenas de ácidos grasos de los lípidos de la membrana, mientras que los dominios intra y extracelular poseen secuencias de aminoácidos con radicales hidrofílicos. − INTEGRADAS EN MONOCAPAS: Tienen un dominio extramembranoso que puede ser citosólico o extracelular según la hemicapa en la membrana que estén integradas, y otro intramembranoso. − UNIDADES COVALENTES: Se encuentran ancladas por enlaces covalentes a moléculasde la membrana que generalmente son ácidos grasos. En este caso toda la secuencia de aminoácidos es extramembranoso, pudiendo ser citosólica o extracelular. PROTEÍNAS PERIFÉRICAS O EXTRÍNSECAS: no penetran en el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica (no son transmembranosas). Interaccionan con las proteínas integrales o con las cabezas polares. Cumplen con sus funciones en la membrana o cerca de ésta.  Figura No. 41 Composición de la Membrana Celular GLÚCIDOS DE LA MEMBRANA No se encuentran libres en la membrana. Están unidos covalentemente a los lípidos formando glucolípidos, aunque la mayoría se encuentran asociados a las proteínas formando glicoproteínas. La célula se encuentra recubierta por una capa de glúcidos que corresponde del 2 % al 10 % del peso de la membrana plasmática. Actúan en lugares de reconocimiento y unión celular. GLUCOCÁLIZ – GLUCOCÁLIX – GLICOCÁLIZ – GLICOCÁLIX Se denomina así a la cubierta en las células animales. Presenta las siguientes propiedades: − Protege mecánicamente a la célula − Capacidad antigénica a las células − Reconocimiento y fijación de moléculas − Intervienen en fenómenos de reconocimiento celular constituyendo una huella dactilar y criba de elementos que se acercan a la célula y de modificación enzimática de estos compuestos.  Figura No. 42. Glicocálix PROPIEDADES DE LA MEMBRANA ASIMETRÍA: la una mitad no es igual a la otra, existe además una distribución irregular de sus componentes. ELASTICIDAD: permite en cierto grado el cambió constante de la forma celular “tienen capacidad de contraerse o estirarse debido a las mayores o menores presiones que sobre ella ejerzan los elementos externos o internos. La elasticidad tiene un límite que si sobrepasa termina con la ruptura de la membrana y la lisis celular. RESISTENCIA MECÁNICA: capacidad de la célula de oponerse a ser deformada. FUERZA DE COHESIÓN: fuerza de unión entre los elementos de la membrana. CAPACIDAD DE REGENERACIÓN: proceso por el cual se recupera la estructura y función de la membrana celular o plasmática. RESISTENCIA ELÉCTRICA: la membrana está cargada eléctricamente lo cual explica como los iones tienen variaciones en cuanto a la afinidad o no con la carga de la membrana celular. FLUIDEZ: capacidad de una molécula que forma parte de una membrana para desplazarse; la fluidez es una propiedad de los fosfolípidos que normalmente son líquidos a la temperatura corporal. En teoría las moléculas podrían difundir y desplazarse por la membrana sin restricciones. Un fosfolípido, situado en la monocapa externa, tendría cuatro posibilidades de movimiento: uno lateral donde se desplazaría entre las moléculas contiguas, es el movimiento más frecuente, y otro en el que saltaría a la monocapa interna, movimiento denominado "flip – flop", gracias a las enzimas denominadas flipasas, que es menos frecuente por ser energéticamente más desfavorable. Los otros dos tipos de movimientos son: rotación y flexión. Figura No. 43 Fluidez de la Membrana. El principal factor que influye sobre la fluidez es el largo de la cadena de los ácidos grasos y su saturación. Así a menor longitud o mayor cantidad de enlaces insaturados de las cadenas de ácidos grasos hacen que las membranas sean más fluidas. PERMEABILIDAD: Es fundamental para el funcionamiento de la célula y para el mantenimiento de condiciones fisiológicas intracelulares adecuadas. Depende de la estructura o del tamaño de sus poros; por lo tanto, es una propiedad de la membrana y no de la sustancia. Se dice que una membrana es permeable si permite el paso de cualquier sustancia, e impermeable si no deja pasar ninguna. Cuando deja pasar ciertas sustancias, pero no otras se dice que posee membrana semipermeable, de permeabilidad diferencial o selectiva. Todas las membranas que rodean células, núcleos, vacuolas y estructuras subcelulares poseen permeabilidad diferencial. Figura No. 44 Permeabilidad de la Membrana  CITOPLASMA Se define como citoplasma a todo lo que se encuentra contenido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear y se pueden reconocer dos territorios: − En el interior: sistema de organoides y estructuras membranosas − El exterior: representado por la matriz citoplasmática, citosol o hialoplasma, que es el verdadero medio interno de la célula y rellena todos los espacios. En el citosol se produce la mayor parte de las funciones citoplasmáticas como: reacciones enzimáticas, síntesis de sustancias, procesos metabólicos, etc. Tiene un pH de 7.2. La matriz citoplasmática contiene agua, iones, inclusiones citoplasmáticas (glucógeno o gotas lipídicas), metabolitos de bajo peso molecular, ribosomas, citoesqueleto y macromoléculas no rodeadas por membrana (ácidos nucleicos, lípidos, hidratos de carbono y proteínas), entre estas últimas se encuentra gran cantidad de proteínas, por lo general del 20 al 25 % de las proteínas totales de la célula. CITOPLASMA CITOSOL Todo lo que se encuentra entre la Todo lo que se encuentra entre la membrana membrana plasmática y el núcleo. plasmática, el núcleo, por fuera de las organelas. Figura No. 45. Citoplasma vs Citosol.  SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS El sistema de endomembranas contiene: retículo endoplasmático, complejo de Golgi, endosomas y lisosomas. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO – RETÍCULO ENDOPLÁSMICO Se extiende por todo el citoplasma y conecta con la envoltura nuclear. Constituye la mayor parte del sistema de endomembranas. Se distinguen dos tipos de retículo endoplasmático: el liso y el rugoso. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR O RUGOSO – RER El sistema membranoso está dispuesto a manera de pilas tomando la forma de sacos aplanados y divide el citoplasma en dos partes: una interna llamada lumenal o intracisternal y otra externa denominada hialoplasma o citosol. En la cara externa del retículo endoplasmático encontramos adheridos los ribosomas. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO AGRANULAR O LISO – REL Este tipo de retículo carece de ribosomas por lo que adquiere un aspecto liso, entonces se llama retículo endoplásmico liso y se encuentra organizado en forma de una extensa red de canales. Este se continúa con el retículo endoplasmático rugoso e interviene en la síntesis de: lípidos, carbohidratos y hormonas esteroides. Además, participa en la síntesis, acumulación y transporte de proteínas y otros materiales dentro de la célula. Figura No. 46 Retículo Endoplasmático Liso y Rugoso COMPLEJO DE GOLGI – APARATO DE GOLGI Fue descubierto en 1898 por el italiano Camilo Golgi, quien lo llamó “aparató reticular internó”, aportación por la cual se le otorgó el premio Nóbel en 1906; S. Ramón y Cajal le asignaron a este organelo membranoso el nombre de aparato de Golgi en 1914, honorando a su descubridor. Con el desarrollo de la microscopía electrónica en la década de 1950 quedó plenamente identificada esta estructura. La pila de sacos aplanados y vesículas que forman el aparato de Golgi presenta tres regiones: las caras cis y trans y la región medial. − La cara cis (convexa): se ubica cerca del retículo endoplásmico o del núcleo celular. − La cara trans (cóncava): se orienta hacia la membrana plasmática. − Región medial: se localiza entre las caras cis y trans, está formada por cisternas centrales que en conjunto se denomina dictiosoma. El aparato de Golgi, representa una parte diferenciada del sistema de endomembranas e intervienen en el procesamiento y empaquetamiento de los productos provenientes del retículo endoplasmático, los cuales por intermedio de vesículas especiales son liberados de la célula por exocitosis o incorporados a los endosomas. Las moléculas recién sintetizadas en el retículo endoplasmático y citoplasma llegan al aparato de Golgi y durante el paso de cisterna en cisterna, a través de las vesículas asociadas que se desprenden de una cisterna y se fusionan con la siguiente, siendo de esta manera modificadas. Figura No. 47 Dictiosoma: conjunto de sáculos membranosos aplanados y apilados, que están rodeados por unared tubular y por numerosas vesículas.  ENDOSOMAS Los endosomas son compartimentos celulares membranosos, es decir, pequeñas estructuras rodeadas por una membrana, que se forman a partir de la invaginación de la membrana plasmática. Actúan como estaciones de clasificación y distribución de moléculas que han sido internalizadas por la célula a través de un proceso llamado endocitosis. Tipos de Endosomas Endosomas tempranos: Son los primeros en recibir el material endocitado y se encuentran cerca de la membrana plasmática. Tienen un pH ligeramente ácido y su función principal es la clasificación inicial del material. Endosomas tardíos: Se encuentran más hacia el interior de la célula y tienen un pH más ácido. Contienen enzimas hidrolíticas y se fusionan con los lisosomas para formar los cuerpos multivesiculares. Figura No. 48 Endosomas LISOSOMAS Fueron descubiertos en 1949 por Christian de Duve, al aislar partículas con elevado contenido de fosfatasa ácida y otras enzimas hidrolíticas. En 1955 se les dio el nombre de lisosomas; porque, proviene de las voces griegas: lisis = destrucción y soma = cuerpo; estos son organoides polimorfos, rodeados por una membrana. El polimorfismo proviene de la asociación de los lisosomas primarios con diferentes materiales fagocitados por la célula. Tienen un diámetro de 0.1 a 0.8 µm. Se distinguen de otros organoides por su morfología y por las funciones que desempeña: − Digieren alimentos y otros materiales incorporados por endocitosis. − Digieren partes de las células por el proceso de autofagia. − Digieren material extracelular por medio de enzimas que liberan en el medio circundante. Los materiales ingeridos, así como los que provienen de la autofagia son sometidos a la acción de diversas hidrolasas lisosómicas que tienen un pH ácido y en efecto el interior del lisosoma tiene un pH ácido alrededor de 5.0. LISOSOMA PRIMARIO Pequeño cuerpo cuyo contenido enzimático es sintetizado por los ribosomas que entran al retículo endoplasmático y llegan a la región de Golgi, dónde se observa la primera reacción de la fosfatasa ácida. Este lisosoma contiene sólo parte de las enzimas. LISOSOMA SECUNDARIO Los lisosomas secundarios pueden ser de tres tipos: heterofagosomas y vacuolas autofágicas. HETEROFAGOSOMA – VACUOLA DIGESTIVA: Aparece después de la fagocitosis o pinocitosis de material extraño. Contiene el material ingerido dentro de una membrana y evidencia una reacción con la fosfatasa que se debe a la fusión con un lisosoma primario. El material englobado es digerido por las enzimas hidrolíticas que se han incorporado. La digestión da como resultado productos de pequeño peso molecular que pueden atravesar la membrana lisosómica y ser incorporados a la célula para su utilización en distintos ciclos metabólicos. VACUOLAS AUTOFÁGICAS – CITOLISOSOMA – AUTOFAGOSOMA: Los lisosomas engloban partículas de citosol y su contenido es degradado por un mecanismo denominado microautofagia. Muchos de los componentes celulares como las mitocondrias se renuevan por intermedio de los lisosomas. Se produce la liberación de lisosomas ante la presencia de algunas patologías como por ejemplo la gota. CUERPOS RESIDUALES: Son algunas sustancias endocitadas que no terminan de digerirse y permanecen en los lisosomas, en ocasiones, las sustancias no digeridas son expulsadas de la célula mediante exocitosis, si esto no ocurre con el tiempo se convierten en pigmentos de desgaste depositados en el citosol. Figura No. 49 Lisosomas  ORGANOIDES FUNDAMENTALES PARA EL FUNCIONAMIENTO CELULAR Estos organoides son: mitocondrias, peroxisomas, vacuolas, vesículas y ribosomas. MITOCONDRIAS Fueron identificados por primera vez en 1850 por Albert Von Kölliker; en 1884 Richard Altman les dio el nombre de “bioblastos” y propuso su posible relación con los procesos de oxidación celular; en 1889 Carl Benda sustituyó ese nombre por el de mitocondria ya que proviene de dos voces griegas mito = filamento y chondrion = gránulo. Son estructuras cilíndricas, con medidas de 3um de largo por 0,5um de diámetro, se encuentran generalmente en cualquier célula eucariota aerobia y en mayor proporción en las que desempeñan más actividad como las de fibras contráctiles del tejido muscular. Las mitocondrias están compuestas por una doble membrana lipoproteica: una externa lisa y una interna replegada, estas forman dobleces en el interior del organelo llamadas crestas; que, a su vez, se divide en dos compartimentos o cámaras: − una externa localizada entre el espacio de las dos membranas − una interna limitada por la membrana replegada. Dentro de la cámara interna que forman las crestas se encuentra la matriz que está constituida por material proteínico relativamente denso, donde se localizan sus ribosomas y enzimas que participan en la síntesis de proteínas mitocondriales, así como su propio ADN. Las enzimas contenidas en este organelo oxidan los sustratos elementales que se obtienen por la degradación de los compuestos orgánicos, transformando la energía potencial de los alimentos en energía cinética biológicamente útil (en forma de ATP), que la célula emplea para realizar sus diversas actividades, razón por la que este organelo se identifica como la central energética de la célula. Ademas, la pórción Fó de la ATP sintasa actua cómó un mótór impulsadó pór prótónes, mientras que la pórción F1 es la fabrica dónde se próduce el ATP. Figura No. 50 Estructura de la Mitocondria PEROXISOMAS Fueron descubiertos por J. Rhodin en 1954 en el tejido renal de ratas; en 1965 Christian de Duve también encontró estos microcuerpos en las células hepáticas de ratas, se les asignó el nombre de peroxisomas al descubrir que contenían enzimas oxidasas, cuya función es formar peróxido de hidrógeno (H2O2). Los peroxisomas son cuerpos ovoides rodeados por una sola membrana, miden de 0,3 a 1,5µ de diámetro; se forman por gemación del retículo endoplasmático liso y con frecuencia se localizan cerca de las mitocondrias o los cloroplastos. Se encuentran abundantes en los hepatocitos, células de los túbulos renales y macrófagos. Sus principales enzimas de acción oxidante son la peroxidasa y la catalasa. La catalasa se encarga de degradar el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Dado su alto grado de acción oxidante, el peróxido de hidrógeno resulta ser un producto bastante tóxico, por eso se considera que la catalasa tiene acción protectora, así mismo, se sabe que los peroxisomas son un lugar importante de u