CS - 021 - Bioquímica

CS	BIOQUÍMICA
021	Nivel: 3	Año: 2012	División Sudamericana

1. Definir los siguientes términos:

1. Hidratos de carbono: Moléculas que sirven como fuente de energía, compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno.
2. Lípido: Moléculas insolubles en agua, como grasas y aceites, que almacenan energía y forman membranas celulares.
3. Ácido graso: Componente básico de los lípidos, formado por una cadena hidrocarbonada con un grupo carboxilo.
4. Proteína: Macromoléculas compuestas por aminoácidos, que realizan diversas funciones celulares.
5. Péptido: Cadena corta de aminoácidos, más pequeña que una proteína.
6. Enzima: Proteínas que aceleran reacciones químicas en el cuerpo.
7. Aminoácido: Unidad básica de las proteínas, compuesta por un grupo amino y un grupo carboxilo.
8. Ácido nucleico: ADN y ARN, que almacenan y transmiten información genética.
9. Hidrofílico: Sustancia que se disuelve en agua.
10. Hidrofóbico: Sustancia que repele el agua.
11. Triglicérido: Lípido formado por glicerol y tres ácidos grasos, usado para almacenar energía.
12. Monosacárido: Azúcar simple, unidad básica de los carbohidratos.

2. ¿Cuál es la importancia del agua en los organismos? ¿Cuáles son las principales características físicas y químicas de la molécula de agua?

Importancia del Agua en los Organismos

• Reacciones bioquímicas: Actúa como solvente en la mayoría de las reacciones celulares.
• Transporte: Facilita el transporte de nutrientes, gases y desechos.
• Regulación térmica: Ayuda a mantener una temperatura corporal estable.
• Soporte y protección: Mantiene la estructura celular y protege órganos.
• Lubricación: Es esencial en fluidos corporales como la saliva y el líquido sinovial.

Características de la Molécula de Agua

• Polaridad: La molécula es polar, con un extremo negativo (oxígeno) y uno positivo (hidrógenos).
• Puentes de hidrógeno: Permiten la cohesión y muchas propiedades únicas del agua.
• Capacidad calorífica: Absorbe y almacena calor, ayudando en la regulación térmica.
• Tensión superficial: Alta, permite que algunos organismos caminen sobre el agua.
• Disolvente universal: Disuelve muchas sustancias, vital para procesos bioquímicos.
• Anomalía del hielo: El hielo flota, protegiendo la vida acuática en invierno.

3. ¿Qué significa metabolismo?

Metabolismo es el conjunto de reacciones químicas y procesos físicos que ocurren en las células y organismos vivos, permitiéndoles mantener la vida. Estas reacciones permiten obtener y utilizar energía, sintetizar moléculas necesarias para el crecimiento y la reparación, y eliminar desechos.

El metabolismo se divide en dos procesos principales:

• Catabolismo: Reacciones que descomponen moléculas complejas en más simples, liberando energía. Ejemplo: la descomposición de carbohidratos en glucosa durante la digestión.
• Anabolismo: Reacciones que utilizan energía para construir moléculas complejas a partir de moléculas simples. Ejemplo: la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

4. Bioquímicamente, ¿por qué sentimos hambre?

El hambre se origina cuando el cuerpo detecta que los niveles de energía, principalmente de glucosa en la sangre, están bajos. Esta situación activa varias respuestas biológicas:

• Disminución de la glucosa en sangre: Cuando la glucosa baja, el cerebro, que depende de ella para funcionar, percibe la necesidad de energía.
• Producción de grelina: El estómago vacío libera grelina, conocida como la "hormona del hambre". Esta hormona viaja al cerebro y activa el hipotálamo, una región clave en la regulación del apetito.
• Señales del hipotálamo: El hipotálamo recibe la grelina y libera neurotransmisores como el neuropéptido Y (NPY) y AgRP, que aumentan la sensación de hambre.
• Reducción de insulina y leptina: Con menos glucosa, los niveles de insulina bajan, lo que también contribuye al hambre. La leptina, que regula el apetito según las reservas de grasa, disminuye cuando hay menos grasa corporal, aumentando aún más el deseo de comer.
• Contracción del estómago y factores psicológicos: El estómago vacío se contrae, enviando señales adicionales de hambre al cerebro. Además, el hambre puede ser influenciada por emociones, estrés y otros factores psicológicos.

En conjunto, estas señales biológicas y físicas trabajan para que busquemos comida y repongamos nuestras reservas de energía.

5. Explicar cómo ocurre la vía de la glucosa.

La glucólisis es el proceso metabólico en el que la glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato, generando energía en forma de ATP y NADH. Ocurre en dos fases:

• Fase de inversión de energía: La glucosa se fosforila y se transforma en fructosa-1,6-bisfosfato, que luego se divide en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Este proceso consume 2 moléculas de ATP.
• Fase de generación de energía: Cada G3P se oxida para producir NADH y se convierte en piruvato, generando 4 moléculas de ATP (con una ganancia neta de 2 ATP).

Al final, la glucólisis produce 2 ATP, 2 NADH y 2 piruvatos, que pueden ser utilizados en la respiración celular para generar más energía o en la fermentación en condiciones anaeróbicas.

6. ¿Qué células humanas dependen solo de esta vía para obtener energía?

Las células humanas que dependen exclusivamente de la glucólisis para obtener energía son los glóbulos rojos (eritrocitos). Estas células carecen de mitocondrias, lo que significa que no pueden realizar la respiración aeróbica, el proceso en el que se produce la mayor cantidad de ATP a partir de la glucosa en presencia de oxígeno.

Debido a la ausencia de mitocondrias, los glóbulos rojos obtienen toda su energía a través de la glucólisis anaeróbica, lo que les permite seguir funcionando en ambientes con bajo oxígeno, como los pequeños capilares. Esta energía es suficiente para mantener sus funciones esenciales, como el transporte de oxígeno a los tejidos del cuerpo.

7. ¿Qué molécula une la vía de la glucosa y el Ciclo de Krebs?

La molécula que une la glucólisis y el Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) es el acetil-CoA (acetil coenzima A).

Proceso de Unión:

• Producción de Acetil-CoA: Después de la glucólisis, la glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato. Cada piruvato se transporta a la mitocondria, donde se convierte en acetil-CoA. Este proceso es catalizado por el complejo piruvato deshidrogenasa y ocurre en la matriz mitocondrial.
• Entrada al Ciclo de Krebs: El acetil-CoA entra en el Ciclo de Krebs, donde se combina con una molécula de oxalacetato para formar citrato (ácido cítrico). A través de una serie de reacciones químicas en el Ciclo de Krebs, el acetil-CoA se convierte en CO₂ y se generan NADH, FADH₂, y ATP (o GTP), que son utilizados en la cadena de transporte de electrones para producir más ATP.

En resumen, el acetil-CoA actúa como el intermediario clave que conecta la glucólisis con el Ciclo de Krebs, permitiendo que la energía contenida en la glucosa se utilice en la respiración celular.

8. ¿Cuál es la importancia del Ciclo de Krebs?

El Ciclo de Krebs es esencial para la producción de energía, la generación de intermediarios metabólicos clave, la integración de diferentes vías metabólicas, y la eliminación de productos de desecho.

• Generación de Energía:
  • Producción de NADH y FADH₂: Durante el ciclo, el acetil-CoA se convierte en dióxido de carbono (CO₂), y se producen 3 moléculas de NADH y 1 de FADH₂ por cada vuelta del ciclo. Estos compuestos transportadores de electrones son cruciales para la cadena de transporte de electrones en la mitocondria, donde se genera la mayor parte del ATP celular.
  • Síntesis de ATP/GTP: El ciclo produce una molécula de ATP (o GTP) por cada vuelta, que puede ser utilizada directamente por la célula para diversas funciones energéticas.
• Oxidación de Acetil-CoA:
  • Descomposición del Acetil-CoA: El acetil-CoA, obtenido de la glucólisis, la degradación de ácidos grasos y la desaminación de aminoácidos, se introduce en el ciclo para ser oxidado a CO₂. Esta oxidación libera energía que se captura en forma de NADH y FADH₂.
• Producción de Intermediarios Metabólicos:
  • Intermediarios Importantes: El ciclo produce varios intermediarios metabólicos, como el citrato, el alfa-ceto glutarato y el oxalacetato. Estos intermediarios son esenciales para la síntesis de aminoácidos, nucleótidos y otros compuestos vitales para la célula.
• Regulación del Metabolismo:
  • Integración Metabólica: El Ciclo de Krebs integra la degradación de carbohidratos, grasas y proteínas en un solo flujo metabólico, ayudando a coordinar la utilización de diferentes fuentes de energía y mantener el equilibrio metabólico.
• Eliminación de Productos de Desecho:
  • Producción de CO₂: Como producto final de la oxidación de acetil-CoA, se produce CO₂, que es un desecho que debe ser eliminado del cuerpo. El CO₂ se transporta a los pulmones para ser exhalado.

9. ¿Cuáles son las funciones de los lípidos?

• Almacenamiento de Energía: Los lípidos (como los triglicéridos) almacenan gran cantidad de energía y se reservan en el tejido adiposo para su uso cuando sea necesario.
• Estructura Celular: Los fosfolípidos forman la bicapa de las membranas celulares, mientras que el colesterol ayuda a mantener la estabilidad y fluidez de las membranas.
• Aislante y Protección: La grasa subcutánea actúa como aislante térmico y protege a los órganos de golpes.
• Señalización Celular: Los lípidos, como las hormonas esteroides, regulan funciones importantes como el metabolismo y la reproducción.
• Transporte de Vitaminas: Facilitan la absorción de vitaminas liposolubles (A, D, E y K) esenciales para la salud.

10. ¿Por qué los lípidos son insolubles en el agua?

Los lípidos son insolubles en agua porque son moléculas no polares, compuestas principalmente por largas cadenas de hidrocarburos. El agua, al ser polar, solo interactúa con otras moléculas polares, excluyendo a los lípidos. Además, los lípidos carecen de grupos funcionales polares que puedan formar enlaces con el agua, por lo que tienden a separarse y no se disuelven.

11. ¿Por qué los lípidos, y no la glucosa, se usan para el almacenamiento de energía?

• Densidad Energética: Los lípidos almacenan más energía por gramo (9 kcal) que la glucosa (4 kcal).
• Eficiencia en Almacenamiento: Los lípidos se almacenan sin agua, lo que hace que el almacenamiento sea más compacto y eficiente. La glucosa se almacena con agua, lo que la hace menos eficiente.
• Uso Prolongado: Los lípidos son ideales para reservas a largo plazo, mientras que la glucosa se utiliza para necesidades energéticas inmediatas.

12. ¿Qué es beta oxidación? ¿Por qué ésta vía recibe éste nombre?

Beta Oxidación es el proceso mediante el cual los ácidos grasos se descomponen en la mitocondria para producir acetil-CoA, que luego entra en el Ciclo de Krebs para la generación de ATP.

Proceso de Beta Oxidación

• Activación: El ácido graso se convierte en acil-CoA en el citosol mediante la adición de CoA, utilizando ATP.
• Transporte: El acil-CoA se transporta a la mitocondria a través del transportador de carnitina.
• Oxidación: Dentro de la mitocondria, el acil-CoA se oxida en una serie de reacciones que involucran la eliminación de dos átomos de hidrógeno y la formación de un doble enlace entre los carbonos beta y alfa, produciendo un ácido 3-cetoacil-CoA.
• Hidratación: Se añade agua al 3-cetoacil-CoA, formando un 3-hidroxiacil-CoA.
• Oxidación Adicional: El 3-hidroxiacil-CoA se oxida nuevamente para formar un 3-cetoacil-CoA, generando NADH y FADH₂ en el proceso.
• Escisión: Finalmente, el 3-cetoacil-CoA se escinde en acetil-CoA y un acil-CoA de menor longitud, que vuelve a entrar en el ciclo de beta oxidación.

13. ¿Qué son aminoácidos esenciales y no esenciales?

Los aminoácidos esenciales son aquellos que el cuerpo no puede sintetizar por sí mismo y deben ser obtenidos a través de la dieta. Son cruciales para la síntesis de proteínas, la reparación de tejidos, el crecimiento y el mantenimiento de funciones corporales normales. alguno de ellos son:

• Histidina
• Isoleucina
• Leucina
• Lisina
• Metionina
• Fenilalanina
• Treonina
• Triptófano
• Valina

Los aminoácidos no esenciales son aquellos que el cuerpo puede sintetizar a partir de otros compuestos, por lo que no es necesario obtenerlos directamente de la dieta.

• Alanina
• Arginina
• Asparagina
• Ácido aspártico
• Cisteína
• Glutamina
• Ácido glutámico
• Glicina
• Prolina
• Serina
• Tirosina

14. ¿Qué son cuerpos cetónicos, dónde se producen y cuáles son las consecuencias del exceso de su producción?

Los cuerpos cetónicos son compuestos químicos producidos durante la metabolización de ácidos grasos en el hígado. Son una fuente alternativa de energía, especialmente durante períodos de ayuno prolongado, dietas bajas en carbohidratos, o diabetes descontrolada.

Tipos principales de cuerpos cetónicos

• Acetoacetato
• β-Hidroxibutirato
• Acetona

Los cuerpos cetónicos se producen principalmente en el hígado durante un proceso llamado cetogénesis.

Consecuencias del Exceso de Producción de Cuerpos Cetónicos

1. Cetoacidosis: es una condición en la cual los niveles de cuerpos cetónicos en la sangre se elevan excesivamente, causando una disminución del pH en la sangre.
2. Desequilibrio Electrolítico: la cetoacidosis puede provocar la pérdida de electrolitos como sodio y potasio, lo que puede afectar negativamente la función cardíaca y neuromuscular.
3. Problemas Renales: la excreción excesiva de cuerpos cetónicos a través de la orina puede poner una carga adicional sobre los riñones y potencialmente conducir a problemas renales.
4. Pérdida de Peso Rápida: el exceso de cuerpos cetónicos puede llevar a una rápida pérdida de peso debido a la mayor utilización de grasas, aunque esto no es necesariamente saludable y puede ser acompañado de pérdida de masa muscular.

15. ¿Qué compuestos se forman por la unión de los aminoácidos? ¿Cuáles son las principales funciones de estos compuestos?

1. Proteínas: Macromoléculas formadas por largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos y cumple las siguientes funciones

• Catalíticas: Actúan como enzimas para acelerar reacciones químicas.
• Estructurales: Forman tejidos y estructuras celulares, como colágeno y queratina.
• Regulatorias: Hormonas como la insulina que regulan funciones corporales.
• Transportadoras: Hemoglobina que transporta oxígeno en la sangre.
• Inmunológicas: Anticuerpos que defienden al organismo contra patógenos.

2. Péptidos Moléculas formadas por cortas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos y cumple con las siguientes funciones:

• Hormonales: Péptidos como la oxitrocina regulan funciones corporales.
• Neurotransmisores: Péptidos como las endorfinas modulan la transmisión de señales en el sistema nervioso.
• Antimicrobianos: Péptidos que actúan como defensas contra microorganismos.

16. ¿Cuál es la importancia de los ácidos nucleicos? ¿Cómo es su estructura y cuáles son sus componentes?

Los ácidos nucleicos son moléculas esenciales para la vida, ya que almacenan y transmiten la información genética necesaria para la reproducción, el crecimiento y el funcionamiento de los organismos vivos. Son fundamentales para:

• Contienen la información hereditaria que determina las características de los organismos.
• Facilitan la transmisión de información genética de una generación a otra.
• Dirigen la síntesis de proteínas al proporcionar las instrucciones para la secuencia de aminoácidos.
• Controlan la expresión de genes y la regulación de procesos celulares.

Estructura de los ácidos nucleicos

1. ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

• Doble Hélice: Estructura en doble hélice con dos cadenas de nucleótidos enrolladas alrededor de un eje común.
• Cadenas Antiparalelas: Las dos cadenas corren en direcciones opuestas.
• Puentes de Hidrógeno: Las cadenas están unidas por pares de bases nitrogenadas a través de enlaces de hidrógeno.

Componentes:

• Nucleótidos: Compuestos por un fosfato, un azúcar (desoxirribosa) y una base nitrogenada (Adenina [A], Timina [T], Citosina [C], Guanina [G]).
• Bases Nitrogenadas: Emparejadas específicamente (A con T, y C con G).

2. ARN (Ácido Ribonucleico)

• Cadena Sencilla: Generalmente tiene una estructura de cadena sencilla, aunque puede formar estructuras secundarias complejas.
• Puentes de Hidrógeno: Puede formar estructuras secundarias con pares de bases mediante enlaces de hidrógeno.

Componentes:

• Nucleótidos: Compuestos por un fosfato, un azúcar (ribosa) y una base nitrogenada (Adenina [A], Uracilo [U], Citosina [C], Guanina [G]).
• Bases Nitrogenadas: En el ARN, el uracilo (U) reemplaza a la timina (T) del ADN.

17. Dibujar una molécula de ADN, con cuatro nucleótidos, nombrando sus componentes.