Apuntes Apuntes Sencillos Sobre Bioquimica - Cuadernillo 1 - Biomoleculas

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APUNTES SENCILLOS SOBRE BIOQUIMICA Parte 1

BIOMOLECULAS EN EL EJE SUELO – PLANTA ANIMAL (SPA) Wilmer Cuervo

Catedra de Bioquímica Metabólica Escuela de Ciencias Agrícolas, pecuarias y del Medio ambiente ECAPMA

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Noviembre 2017 BIOMOLECULAS EN EL EJE SUELO – PLANTA ANIMAL (SPA) |

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INTRODUCCIÓN. El presente cuadernillo de apuntes busca de una manera muy didáctica y sencilla, recopilar numerosas fuentes de información en diversos formatos (texto, graficas, videos, presentaciones, web conference, tutoriales) sobre la estructura y función de las Biomoléculas aplicadas el eje suelo planta animal (SPA). Los contenidos y textos presentados en este documento, se basan en diversos autores y publicaciones que son citados y de ninguna manera representa una definición del autor para cada biomolécula o su papel en las vías metabólicas del eje SPA. Este documento se genera con el objetivo de consolidar varias referencias bibliográficas en un solo documento para facilitar su acceso por parte de los estudiantes del curso de Bioquímica Metabólica de la Escuela de Ciencias Agrícolas, pecuarias y del Medio ambiente ECAPMA. Al final de cada capítulo se utiliza como ejercicio de autoevaluación un Quizz para que cada estudiante evalúe su verdadero avance en la comprensión del tema de dicho capitulo. En la hoja siguiente del Quizz de cada capítulo, se encuentran las respuestas correctas y sus correspondientes explicaciones para que se realice una confrontación de los conceptos.

CONTENIDO CAPITULO 1 Pag. o ATP o Cofactores CAPITULO 2 o Capacidad de intercambio catiónico o Fosforilación oxidativa CAPITULO 3 o Enzimas o Homeostasis mecanismo equilibrio acido base o Soluciones Buffer y sistemas de Amortiguación CAPITULO 4 o Ciclos biogeoquímicos (inter-relación e importancia en eje SPA) o Minerales, clasificación y papel dentro del eje SPA CAPITULO 5 o Carbohidratos, Estructurales (CE) y No Estructurales (CNE) o Biomoléculas de interés en la madera CAPITULO 6. o Lípidos (composición, estructura y funciones) o Proteínas (Composición, ubicación y funciones) CAPITULO 7 o Principales enzimas en eje SPA (Catalasa, ureasa, Rubisco y Enzimas Exógenas)

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1.1. EL ATP La adenosina trifosfato o ATP es una molécula vital para el funcionamiento celular ya que funciona como el método para transferir energía entre organélos celulares, siendo un elemento necesario para muchos procesos metabólicos sean de síntesis o de catabolismo. La molécula se compone de una base nitrogenada de purina (la adenina) que se “pega” a un carbono de una molécula de pentosa, la cual al mismo tiempo en otro carbono contiene un enlace con 3 grupos fosfato como se observa a continuación. Figura 1. Estructura del ATP

Tomado de; Rosas et al 2010.

Esta molécula se forma a nivel de membrana de la mitocondria gracias al papel de una enzima denominada Sintetasa de ATP o ATP Sintasa, resultado del proceso de fosforilación oxidativa. En este proceso la vibración de la membrana mitocondrial proveniente del flujo de iones H incurso en la cadena de transporte de electrones. Ese bombeo de protones o hidrogeniones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio inter-membranal activa la enzima ATP Sintasa la cual toma moléculas de adenosina Di fosfato y le adiciona un grupo fosfato para formar ATP. El proceso de bombeo de iones de H que se lleva a cabo durante la fosforilación oxidativa (o cadena de electrones) permite un paso de dichos electrones a través de algunas proteínas de membrana denominadas Citocromos que permiten su traslado continuo (entre dichas proteínas y el citoplasma de la célula) en forma de cadena. Figura 2. Estructura de la enzima ATP Sintasa

Tomado de; Rosas et al 2010.

Aunque el mecanismo anterior (fosforilación oxidativa) es el más utilizado por la célula, también existe otra forma de generar ATP y es la fosforilación por sustrato, y básicamente es el resultado del rompimiento de sustratos grandes (por ejemplo, el almidón, que contiene miles de unidades de glucosa) a moléculas pequeñas (que serían las glucosas). En todo proceso de catabolismo o rompimiento de estructuras, se producen moléculas de ATP. En

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4 este proceso se genera el ATP a partir de grupos fosfatos donados por los sustratos catabolizados (es decir las estructuras que se rompen). Para profundizar en la temática del ATP se recomienda visitar en la red los siguientes links (al hacer click en cualquiera de las dos imagenes también se direcciona al sitio web) que aparecen relacionados en la Bibliografía de este capítulo:

“De la bioenergética a la bioquímica del ATP” http://www.izt.uam.mx/newpage/contactos/anterior/n77ne/atp.pdf “Proceso de síntesis de ATP” https://www.youtube.com/watch?v=YARZPVtozHo&feature=youtu.be

1.2. CONSIDERACIONES SOBRE COFACTORES EN BIOQUIMICA Un Cofactor o Coenzima es un Átomo, ion o molécula que participa en el proceso de una enzima, sin ser enzima ni substrato.

Los cofactores se unen fuertemente a enzima (proteína) y después de la reacción NO son modificados (primera modalidad de acción) o bien se unen como un segundo substrato donde SI son modificados y requieren otra enzima para volver al estado original. Los cofactores son moléculas complejas y no puede ser sintetizado (animales y vegetales), muchos de ellos deben ser total o parcialmente ingresados con la dieta (muchos de ellos son, por lo tanto, vitaminas). Sin embargo, no todos los cofactores son vitamínicos (algunos son por ejemplo iones metálicos divalentes, es decir minerales) ni todas las Vitaminas son cofactores enzimáticos. Aunque el cofactor no sea como tal la vitamina, su estructura si se deriva de una vitamina, así por ejemplo se tienen las siguientes vitaminas hidrosolubles y su respectivo cofactor;

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5 Tabla 1. vitaminas y sus cofactores más conocidos

VITAMINA

COFACTOR

Tiamina Riboflavina Piridoxal Cobalamina Ác.Ascórbico Nicotinamida Ác.Lipoico Ác.Fólico Ác.Pantoténico

Tiamina pirofosfato Flavinas: FAD, FMN Piridoxal fosfato Coenzimas cobamídicos Ac. Ascórbico NAD+, NADP+ Lipoamida Coenzimas folínicos Panteteínas (CoA, p.e.)

Dentro de los cofactores de mayor importancia se encuentran los Cofactores Redox, que funcionan transfiriendo electrones, pudiendo aceptar electrones o donarlos. Entre los principales cofactores Redox se encuentran los Cofactores piridínicos (NAD+, NADP+), flavínicos, hemínicos, Ferredoxinas, Quinonas, ácido ascórbico, ácido Lipoico y Glutatión. Tabla 2. Cofactores NO vitamínicos

ESTRUCTURA O GRUPO BASE Hemo Complejos Fe-S Quinonas Glutatión ATP UTP PAPS S-AM Carnitina Retinoides* Calciferoles* Tocoferoles*

COFACTOR Hemoenzimas, citocromos Ferredoxinas Tr.electrónico mitocondrial y fotosintético Redox; transporte de aminoácidos Transf.de fosfato y/o de energía Transf.de grupos glicosídicos Transf.de grupos sulfato Transf.de grupos metilo Transportador de grupos acilvit. A vit. D vit. E * Vitaminas Liposolubles

Adicionalmente algunos de los cofactores sirven como moléculas portadoras de energía (por así decirlo). De tal manera que dichos cofactores pueden ser el resultado de procesos catabólicos, y junto al ATP se consideran productos que contienen energía proveniente del rompimiento de moléculas orgánicas. Un ejemplo típico es el cofactor denominado Nicotin Amida Dinucleotido fosfato (NADP) el cual al contener iones hidrogeniones se presenta en las reacciones como NADPH+H lo cual indica que contiene carga positiva y al mismo tiempo quiere decir que es un cofactor disponible para actuar en las reacciones en las cuales facilita la acción de una enzima particular. De tal manera que cuando el cofactor se presenta en su forma REDUCIDA presenta carga positiva (NADH, NADPH, FADH) y cuando cumple su función en la reacción en la que interviene, se genera un proceso de oxidación, en el cual la carga de este cofactor pasa a ser negativa (sin contenido energético) y no está acompañado de ningún ion (NAD, NADP, FAD), a lo cual también se denominada la “forma OXIDADA del cofactor”.

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6 Figura 3. Estado Oxidación – Reducción de un Cofactor

Tomado de; Perez 2012.

En el siguiente link (para abrirlo únicamente debe localizar el cursor enzima del link y dar CTRL para que aparezca el icono de la mano y dar click) encontrarán las estructuras químicas de los principales cofactores, así como su base molecular. “Que son Cofactores y Como Actúan” http://hdl.handle.net/10596/10834

AUTOEVALUACION CAPITULO 1 Después de haber leído con atención el texto del capítulo y de revisar las referencias sugeridas para reforzar los conceptos, realice a toda conciencia el siguiente Quizz. Algunas de las preguntas aquí presentadas, serán incluidas en el Taller Parcial de mitad de periodo

1. La principal forma en que un organismo animal produce ATP es: a. Por medio de la desaminación oxidativa b. Sintetizarlo a partir de Adenosina Di fosfato o ADP c. Por medio de la vía lipolisis inversa d. Por medio de la fotosíntesis oscura 2. La enzima requerida para formar ATP se denomina: a. ATP ligasa b. ATP sintasa c. ATP fosforilasa d. ATP deshidrogenasa 3. La forma en que se activa la enzima encargada de la formación de ATP es: a. El paso continuo de protones de H a través de la membrana mitocondrial b. La activación de los citocromos de la matriz mitocondrial c. La desactivación del citocromo Q d. Todas las anteriores 4. El proceso de fosforilación a nivel de sustrato se puede resumir como; a. Degradación de ATP a partir de la remoción de fosfatos por varios sustratos b. Síntesis de grupos fosfatos por medio de la inactivación de los citocromos c. La formación de ATP a partir de grupos fosfatos donados por diversos sustratos d. Ninguna de las anteriores 5. Unas de las principales vías metabólicas en las cuales se obtiene ATP es: a. La lipolisis y la síntesis de novo b. La glicolisis y el Ciclo de Krebs c. La gicogenólisis y el ciclo de la urea d. Ninguna de las anteriores 6. Una de las principales fuentes de cofactores en un sistema biológico es: a. La formación de ATP b. La síntesis de minerales c. La degradación de minerales d. La disponibilidad de vitaminas 7. Los Citocromos son proteínas de tamaño pequeño, ubicados en las membranas celulares y su importancia en la cadena de electrones es: a. Que forman un complejo con el ciclo de Calvin b. Con degradan moléculas de agua formando H libre c. Que transfieren electrones entre ellos y hacia el citoplasma celular d. Ninguna de las anteriores 8. La forma en la cual un cofactor presenta un mayor contenido de energía es:

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7 a. La estructura oxidada b. La forma reducida c. La estructura ligada d. La forma ligada 9. Los cofactores “Redox” como el NADH o NADPH funcionan: a. Ligando moléculas de ATP b. Degradando moléculas de ATP c. Aceptado o Donando Electrones d. Compartiendo protones 10. Con respecto a los cofactores se puede afirmar que: a. Todos son derivados de las vitaminas b. No todos son derivados de Vitaminas c. Únicamente provienen de los minerales d. Ninguna de las anteriores

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: 1. Rosas S., Peimbert M., 2010. De la Bionergética a la Bioquimica del ATP. ContactoS 77, 39–45 (2010). Recuperado de http://www.izt.uam.mx/newpage/contactos/anterior/n77ne/atp.pdf 2. S.L., sociedad española. unprofesor.com. 2014. Proceso de síntesis de ATP. Recuperado de https://youtu.be/YARZPVtozHo 3. Cuervo W. 2016. Que http://hdl.handle.net/10596/10834

son

Cofactores

y

Como

Actúan.

Recuperado

de

4. Cuervo W. 2016. Que http://hdl.handle.net/10596/10834

son

Cofactores

y

Como

Actúan.

Recuperado

de

RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN. 1. La principal forma en que un organismo animal produce ATP es: 2. La enzima requerida para formar ATP se denomina:

a. Sintetizarlo a partir de Adenosina Di fosfato o ADP a. ATP sintasa

3. La forma en que se activa la enzima encargada de la formación de ATP es: 4. El proceso de fosforilación a nivel de sustrato se puede resumir como;

a. El paso continuo de protones de H a través de la membrana mitocondrial a. La formación de ATP a partir de grupos fosfatos donados por diversos sustratos a. La glicolisis y el Ciclo de Krebs

5. Unas de las principales vías metabólicas en las cuales se obtiene ATP es: 6. La principal fuente para la formación de cofactores es: 7. Los Citocromos son proteínas de tamaño pequeño, ubicados en las membranas celulares y su importancia en la cadena de electrones es: 8. La forma en la cual un cofactor presenta un mayor contenido de energía es: 9. Los cofactores “Redox” como el NADH o NADPH funcionan: 10. Con respecto a los cofactores se puede afirmar que:

a.

La disponibilidad de vitaminas

a. Que transfieren electrones entre ellos y hacia el citoplasma celular a.

La forma reducida

a.

Aceptado o Donando Electrones

a.

No todos son derivados de Vitaminas

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CAPITULO 2 2.1. Capacidad de intercambio catiónico CIC El suelo tiene a manera general tres fases a saber, fase sólida, liquida y gaseosa. En la fase solida se encuentran distribuidas partículas de suelo de diferente tamaño, pero cuya composición y sobre todo carga eléctrica, es vital para determinar la posibilidad de adaptarse a cambios de pH o posibilidad de absorber más o menos fertilizante. Los suelos tienen la capacidad de absorber muchas sustancias en formas de iones o moléculas como por ejemplo el agua, los nutrientes pequeños (minerales), los metales pesados y los fungicidas. La absorción, ocurre en la fase solida del suelo, específicamente en la superficie de las partículas sólidas del suelo, y está determinada por la alta superficie específica que tienen estas partículas, las cuales a su vez está determinada por el tamaño de los coloides del suelo Existen numerosas formas en que se intercambian iones entre el suelo y las raíces de una planta o entre una sustancia tipo fertilizante y las partículas del suelo, como la capacidad de intercambio aniónico (CIA), capacidad de intercambio catiónico (CIC) Absorción específica, absorción selectiva, Absorción especifica catiónica, Absorción especifica aniónica, la doble capa difusa, entre otras. La CIC, a pesar de no ser la única forma de intercambiar iones, es la capacidad más importante de cambio de un suelo, en esta, las partículas del suelo absorben cationes de la fase acuosa del suelo y liberan otros cationes que ya tenían, estableciendo un equilibrio en los suelos. La CIC se puede medir teniendo en cuenta la acidez cambiable del suelo, formado por iones como el Hidrogeno (H-), el Aluminio (Al-) o el Manganeso (Mn-) y las bases intercambiables de la fase acuosa del suelo representada por el calcio (Ca++), potasio (K+), magnesio (Mg++) y el sodio (Na+). Una alta CIC indica que una muestra de suelo puede contener buenas reservas de Ca, Mg y K. Estas bases cuales pueden ser una importante fuente nutritiva de minerales para la síntesis de biomoléculas al interior de las plantas, luego que las raíces absorban estos minerales. Asi mismo una alta CIC significa que las partículas del suelo pueden apropiarse de mejor forma de elementos como Ca, P, K, Mg, Na, los cuales necesarios para el crecimiento de las plantas y sus tejidos. La CIC de una muestra indica la capacidad que posee un suelo de adsorber cationes, siendo esto equivalente a la carga negativa del suelo. Los cationes que son sometidos a esta retención quedan protegidos contra los procesos de lixiviación (es decir no se pierden en capas profundas del suelo, siendo disponibles para las plantas). La CIC se expresa en cmol (+) kg-1 de suelo o en miliequivalentes meq (100 g de suelo)-1. Esta característica depende de la cantidad y tipo de coloides que tiene el suelo, es decir la suma de la CIC que tengan las arcillas del suelo y la CIC que tenga la materia orgánica del suelo.

2.2. Fosforilación oxidativa En todo proceso de rompimiento de moléculas como la vía glicolisis y posteriormente el ciclo de Krebs genera como subproductos moléculas energéticas, básicamente ATP y cofactores reducidos (FADH, NADH). La energía de estas moléculas que se encuentran de manera reducida, será utilizada por la célula en el proceso de fosforilación oxidativa. A modo de resumen en el proceso de fosforilación oxidativa, también denominado cadena de electrones, se genera una combustión continua u oxidación de los cofactores reducidos que provienen de las fases anteriores del proceso de respiración celular (glicolisis y ciclo de Krebs) los cuales donan electrones (-) que entran a una estructura de proteínas denominadas citocromos. A lo largo de ese complejo de proteína se generan reacciones eléctricas, donde los electrones atraen protones (H) que salen desde el interior de la mitocondria, hacia el espacio inter-membranal.

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9 Figura 4. Esquematización de la Fosforilación Oxidativa

Tomado de; www.unprofesor.com

Este paso continuo de protones, genera una “vibración” a lo largo de la membrana mitocondrial, lo cual genera a su vez una activación de otra proteína ligada a la membrana que se denomina ATP Sintetasa. Como su nombre lo indica esta enzima tiene la capacidad de tomar moléculas de Adenosina di fosfato (ADP) y “pegar” una molécula de fosfato para formar ATP. En los siguientes links, encontrarán videos tutoriales (cuyas referencias se incluyen en la bibliografía) en los que se muestra de manera muy didáctica la manera en que sucede este proceso y en qué lugar se lleva a cabo, así como las principales funciones, para reforzar los conceptos que se acaban de tratar; “Transporte de electrones y fosforilación oxidativa” https://youtu.be/rDjOIR79rbM “Fosforilación oxidativa” https://youtu.be/XEXe9cAewUs “Vías Metabólicas” https://www.youtube.com/watch?v=1nRKNzjsKak&t=2s (Se recomienda revisar desde el minuto 11)

AUTOEVALUACION CAPITULO 2 Después de haber leído con atención el texto del capítulo y de revisar las referencias sugeridas para reforzar los conceptos, realice a toda conciencia el siguiente Quizz. Algunas de las preguntas aquí presentadas, serán incluidas en el Taller Parcial de mitad de periodo 1. La capacidad de intercambio catiónico es una característica del suelo que puede indicar: a. La capacidad para ser más inundable e intercambiar electrones b. La capacidad que posee un suelo de adsorber cationes, es decir la carga negativa del suelo c. La capacidad para ser menos inundable e intercambiar electrones d. Ninguna de las anteriores 2. La capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) depende de: a. El clima y la humedad relativa b. La cantidad y tipo de coloides que tiene el suelo c. La cantidad de horizonte B del suelo d. El espesor del horizonte C del suelo 3. Si en una muestra de suelo se determina una alta CIC, esto indica: a. Que el suelo contiene bajas reservas de Ca, Mg y K b. Que ese suelo contiene buenas reservas de Ca, Mg y K. c. Que el suelo contiene altas reservas de aluminio d. Ninguna de las anteriores 4. Además de la CIC, existen otras formas de intercambiar iones, como: a. Capacidad de intercambio aniónico (CIA) b. Absorción específica catiónica y Absorción especifica aniónica c. Absorción selectiva y Doble capa difusa d. Todas las opciones son correctas 5. La CIC indica en gran parte la carga eléctrica que puede tener un suelo, en términos prácticos esto es importante porque: a. Porque a mayor carga eléctrica menor capacidad de retener agua

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10 b. Es vital para determinar la posibilidad de un suelo de adaptarse a cambios de pH o posibilidad de absorber más o menos fertilizante c. Porque a mayor retención de cargas eléctrica menor capacidad de retener nutrientes d. Porque a menor carga eléctrica menor capacidad de retener agua 6. En qué lugar de la célula se lleva a cabo la Fosforilación Oxidativa a. Membrana interna de Los ribosomas b. Las mitocondrias (crestas de la membrana interna) c. Citosol o citoplasma d. El retículo endoplásmico y los Tilacoides 7. Cuál es el principal insumo o sustrato que se necesita para llevar a cabo la Fosforilación Oxidativa a. El FADH producido en el ciclo de Calvin b. El NADH producido en el Ciclo de Krebs c. El NADPH producido en el ciclo de las pentosas fosfato d. Ninguno de los anteriores 8. Cuál es la principal función del proceso de la Fosforilación oxidativa a. Conversión de la luz en energía b. Conversión de la luz y energía en glucosa c. Formación de ATP por medio de la activación de la ATP Sintasa d. Todas las anteriores 9. Que genera la activación de la ATP Sintasa a. El cambio de sales entre membranas de mitocondrias b. El flujo de protones de H desde el interior de la membrana mitocondrial hacia el espacio inter-membranal c. El cambio de electrones entre membranas de mitocondrias d. El cambio de protones entre membranas de mitocondrias 10. La primera fase que da arranque a la cadena respiratoria de la célula es: a. La síntesis de pentosas fosfato b. La glicolisis o rompimiento de la glucosa. c. La síntesis de glicógeno d. La gluconeogénesis

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO:

1. S.L., sociedad española. unprofesor.com. 2014. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Recuperado de https://youtu.be/rDjOIR79rbM 2. Profee1000. 2011. fosforilación oxidativa. Recuperado de https://youtu.be/XEXe9cAewUs 3. Cuervo W – UNAD. 2016. B - LEARNING BIOQUIMICA METABOLICA – Vías Metabólicas: Recuperado de; https://www.youtube.com/watch?v=1nRKNzjsKak&t=2s RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN. 1. La capacidad de intercambio catiónico es una característica del suelo que puede indicar: 2. La capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) depende de:

a. La capacidad que posee un suelo de adsorber cationes, es decir la carga negativa del suelo a. La cantidad y tipo de coloides que tiene el suelo

3.

Si en una muestra de suelo se determina una alta CIC, esto indica:

a.

Que ese suelo contiene buenas reservas de Ca, Mg y K.

4.

Además de la CIC, existen otras formas de intercambiar iones, como:

a.

Capacidad de intercambio aniónico (CIA)

b. Absorción específica catiónica y Absorción especifica aniónica c. Absorción selectiva y Doble capa difusa d. 5. La CIC indica en gran parte la carga eléctrica que puede tener un suelo, en términos prácticos esto es importante porque: 6.

En qué lugar de la célula se lleva a cabo la Fosforilación Oxidativa

7. Cuál es el principal insumo o sustrato que se necesita para llevar a cabo la Fosforilación Oxidativa 8. Cuál es la principal función del proceso de la Fosforilación oxidativa 9.

Que genera la activación de la ATP Sintasa

10. La primera fase que da arranque a la cadena respiratoria de la célula es:

Todas las opciones son correctas

a. Es vital para determinar la posibilidad de un suelo de adaptarse a cambios de pH o posibilidad de absorber más o menos fertilizante a. Las mitocondrias (crestas de la membrana interna) a.

El NADH producido en el Ciclo de Krebs

a. Formación de ATP por medio de la activación de la ATP Sintasa a. El flujo de protones de H desde el interior de la membrana mitocondrial hacia el espacio inter-membranal a. La glicolisis o rompimiento de la glucosa.

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CAPITULO 3. 3.1. Enzimas y Cinética Enzimática Las enzimas son moléculas que en su tienen estructura proteica y están presentes en todos los tejidos animales y vegetales. Su principal función es catalizar (es decir agilizar o potenciar) una reacción en la que un sustrato A se convierte en un producto B. Para ello las enzimas tienen un lugar dentro de su estructura que se llama “sitio activo” al cual se une el sustrato generando una reacción óptima. En dicha reacción, la estructura del sustrato Figura 5. Reacción generada por la enzima

Tomado de; Neils J. 2012

Aunque existen algunos sustratos que no requieren de enzimas para cambiar de estado, son mucho más comunes en las vías metabólicas del eje SPA los sustratos que son alterados por medio de la presencia de una enzima. Generalmente este tipo de reacciones necesitan una menor cantidad de energía de activación ya que están mediadas por sustancias diferentes al sustrato. Existen numerosos factores que afectan la actividad de una enzima, dicha velocidad en la que sucede la reacción se denomina cinética. Entre estos factores se relacionan; el pH, la Temperatura, La concentración de la Enzima y La Concentración del sustrato. De tal manera que, bajo las condiciones óptimas de dichos factores, las enzimas presentan su mayor actividad (medida como la aparición de una mayor presencia de producto o menor concentración del sustrato de la reacción). No existe un pH general en el que actué de mejor manera una enzima, hay enzimas como las gástricas que funcionan con pH menor a 2 mientras que otras enzimas relacionadas con el metabolismo de algunos aminoácidos funcionan con pH extremadamente alcalinos. A modo general la temperatura ideal de actividad de una enzima debe estar por debajo de 60ºc (ya que luego de esas temperaturas se puede generar desnaturalización), aunque las enzimas de algunos microorganismos pueden funcionar en temperaturas extremas (aguas termales y bacterias que resisten congelación). Si en una reacción se tiene pH y temperatura constante, es posible que al aumentar la concentración de la enzima se generar mayor cantidad de producto, es decir una mayor potencia en la reacción. La ecuación de Michaelis – Menten a grosso modo trata de explicar la relación de qué manera en una reacción que contiene un máximo de sustrato (el cual llena o satura los sitios activos de una enzima) se alcanza una máxima velocidad de dicha reacción. Es decir, como la cinética de una reacción depende de la máxima concentración del sustrato. A nivel de laboratorio, la actividad y cinética de una reacción puede ser medida de muchas maneras, por ejemplo la actividad de la enzima puede medirse como la cantidad de moles de sustrato convertidos por unidad de tiempo expresado como mmol/min (también conocido como Unidad Internacional - UI). Otra medida de la actividad catalítica de una enzima se da en catales (Ktal) que en el sistema internacional de unidades corresponde a 60x106 UI. Algunos autores utilizan otra unidad para describir la actividad específica de la enzima como la cantidad de mg de proteínas en tejido, en este caso se expresa como umoles/min/mg de proteína.

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3.2. Homeostasis mecanismo equilibrio acido base En cualquier proceso enzimático intervienen concentraciones eléctricas y se desprende o se consume energía y temperatura. Estos cambios de masa y energía hacia y desde el citoplasma (en células animales y vegetales) están regulados por la velocidad de las reacciones y disponibilidad de sustratos y enzimas en cualquier vía anabólica o catabólica En la naturaleza existen sustancias que pueden controlar en buena parte los cambios bruscos en medios ácidos o básicos, también se les denomina soluciones "Buffer" ó tampón y son aquellas que se oponen a los cambios de pH, cuando se les adicionan ácidos o álcalis (hidróxidos). su acción se basa principalmente en la absorción de hidrogeniones (H+) ó iones hidroxilo (OH'). En forma general, una solución amortiguadora está conformada por una mezcla binaria de un ácido débil y una sal del mismo ácido proveniente de base fuerte ó también, una base y una sal de esta base proveniente de un ácido fuerte. Ejemplo: - Mezcla de ácido acético y acetato de Sodio - Hidróxido de amonio y cloruro de amonio El uso más importante de este tipo de soluciones es el estudio de la regulación del equilibrio ácido base de diversos sistemas biológicos, de tal manera que este tipo de soluciones son utilizadas para controlar cambios drásticos en la concentración de iones H u OH en estudios in vivo de medios biológicos. En la Naturaleza un ejemplo perfecto de amortiguador biológico es el plasma sanguíneo, que controla cambios drásticos de pH en sangre, manteniéndolo alrededor de 7,2 ya que cambios incluso de un tercio de unidad porcentual pueden ocasionar daños irreversibles en tejidos animales y vegetales. A modo de resumen se puede indicar que las principales propiedades de las soluciones Buffer o soluciones Tampón o soluciones amortiguadoras son;    

Regular el pH Absorber en un medio liquido exceso de iones H+ (también llamados hidrogeniones y cargados positivamente) y de iones OH- (también llamados hidroxilos y cargados negativamente) Controlar el metabolismo acido base en células vegetales Regular la homeostasis de la Célula vegetal y animal (manteniendo el equilibrio entre iones con carga positiva y negativa)

3.3. Soluciones Buffer y sistemas de Amortiguación Las soluciones buffer son sustancias que tienen capacidades diferentes para evitar cambios bruscos en el pH de una solución, esta capacidad se denomina Capacidad Amortiguadora y se mide como la cantidad de miliequivalentes (meq) de ácido o base fuerte que puede neutralizar la solución amortiguadora, sufriendo un cambio de pH en una unidad. El equilibrio ácido-base de las células está condicionado por un conjunto de sistemas amortiguadores, que funcionan dentro de límites estrechos de pH a causa de su metabolismo. Los factores de amortiguación más importantes en los organismos vivos, por su elevada actividad y control elevado de pH son: a. Sistema Bicarbonato b. Sistema Fosfato c. Hemoglobina d. proteínas del plasma Las sustancias o sistemas de amortiguación (buffers) en los fluidos corporales sirven como un sistema de defensa contra el cambio del pH. Cada compartimiento de fluido contiene tipos y características de substancias disueltas, algunas que son amortiguadores a un pH fisiológico. Por eso, el pH es estabilizado por la capacidad amortiguadora de los fluidos corporales.

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13 Aparte de los sistemas de amoníaco en la orina y la hemoglobina en la sangre, los amortiguadores en los compartimientos son idénticos. En consecuencia, el conocer como estas soluciones disueltas tienen la capacidad de amortiguar es esencial para poder entender al equilibrio ácido-base Tabla 2. Sistemas de amortiguación y Fluido donde se activan

SISTEMAS DE AMORTIGUACIÓN O BUFFER MÁS IMPORTANTES EN SISTEMAS ANIMALES Sistema Bicarbonato (anhídrido carbónico/bicarbonato) Principal amortiguador en el fluido extracelular, pero en el caso de la célula roja de la sangre funciona como buffer intracelular. En este sistema el dióxido de carbono (CO2) se comporta como ácido volátil y su concentración puede ser controlada por medio de la tasa de respiración del animal. Normalmente el CO2 que circula en un sistema animal reacciona con el agua del cuerpo para producir una sustancia bufferizante por naturaleza que es el Bicarbonato (H2CO3), que se puede convertir en su forma iónica H2CO- + H+, dependiendo de la tasa respiratoria del animal. A medida que un animal respira más rápido (es decir toma más oxígeno, pero también mas CO2) como cuando está haciendo ejercicio continuo o jadeando por temperaturas elevada, se acumula CO2 y se genera algo llamado alcalosis respiratoria. Por otro lado, cuando el animal tiene una tasa respiratoria baja, el CO2 que hay en el medio es mayor al O2 consumido, por tanto, se genera una mayor cantidad de bicarbonato en su forma iónica (H2CO- + H+) y precisamente ese aumento de iones hidrogeno hace que el pH disminuya (acido) generando un problema denominado acidosis respiratoria.

Sistema Fosfato Todos los fosfatos en el animal vienen de la dieta, a un pH de 7.40, la mayoría del fosfato en los compartimientos fluidos existe en la forma de las especies iónicas H2PO4 -1 y HPO4 -2, cuando el pH en los fluidos corporales comienza a decaer, la especie HPO4 -2 se vuelve importante corno un aceptante de protones y se convierte en la especie H2PO4 -1, así cuando el pH se eleva por encima de 7.40, la especie H2PO4 -1 dona un protón al fluido y se convierte de nuevo en la especie HPO42. Este sistema es el más importante en fluidos biológicos como la orina, debido a los elementos que contiene dicho fluido (sobre todo los fosfatos). En cuadros clínicos como la acidosis metabólica, este sistema es muy importante utilizando fosfatos filtrados de sangre e incluso huesos (en menor proporción). Normalmente en algunos animales que movilizan importante cantidad de calcio para producción de huevo o leche (vacas lecheras, gallinas

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14 ponedoras), en los cuales el fosfato (cálcico) se divide y libera el Ca y el fosfato para cumplir su función, jalonando cambios de la acidez a la neutralidad. Hemoglobina Este es un sistema único para los eritrocitos, se encuentra en alta concentración en la sangre y presenta alto contenido de histidina, el cual por contener imidazol en su cadena carbonada es capaz de ligar iones H o bien donar protones a los fluidos corporales, permitiendo mantener el pH de los mismos cercanos a 7. Dentro de este sistema existe otra proteína, la albúmina, que ayuda a mantener pH al interior de las células. En condiciones metabólicas la Hb se comporta como un ácido débil y la oxihemoglobina como un ácido más fuerte que la Hb reducida (es decir aquella que lleva un hidrogenión —> HHb). Es importante anotar, que la Hb incide sobre el transporte del CO2 por la sangre.

AUTOEVALUACION CAPITULO 3 1. Se puede definir una enzima como: a. Una molécula compuesta por ácidos grasos y aminoácidos que cataliza síntesis de moléculas en productos b. Una sustancia con estructura proteica que cataliza la reacción de un sustrato convirtiéndolo en un sustrato c. Una molécula compuesta por ácidos grasos y triglicéridos que cataliza síntesis de moléculas en productos d. Una sustancia con estructura lipídica que cataliza la reacción de un sustrato convirtiéndolo en un sustrato 2. Con respecto a la acción de las enzimas, La ley de Michaelis Menten indica: a. La rapidez con que el pH de una sustancia es alterado para ser acido o alcalino b. La forma en que los gases se convierten en líquidos en un medio acuoso c. Las diferentes etapas que sigue el sustrato, para transformarse en producto d. La velocidad máxima de la reacción generada por la máxima concentración del sustrato 3. Los factores que afectan la actividad de una enzima son: a. La humedad relativa, la acidez y la concentración de iones OH b. El pH, la Temperatura, La concentración de la Enzima y La Concentración del sustrato c. La concentración del producto, el pH del producto y la humedad relativa del medio donde actua la enzima d. Ninguna de las anteriores 4. Una de dos formas en las que actúa una enzima (E) sobre un sustrato (S) es: a. La (E) capta en su centro activo una molécula de (S), forma un complejo activado (E-S) transformándolo en un producto b. El (S) capta en su centro activo una molécula de (E), forma un complejo activado (E-S) transformándolo en una coenzima c. El (S) capta en su centro activo una molécula de (E), forma un complejo activado (E-S) transformándolo en un cofactor d. La (E) capta una molécula de cofactor, forma un complejo activado (E-S) transformándolo en un la enzima activa 5. Una solución Buffer es aquella que: a. Activa cambios de pH de manera gradual y selectiva en medios acuosos y solidos b. Se oponen a los cambios de pH, cuando se les adicionan ácidos o hidróxidos a una solución c. Inhibe los cambios de pH de manera rápida y selectiva en medios acuosos y solidos d. Se opone a la activación de cambios de pH de manera gradual y selectiva en medios acuosos y solidos 6. La composición química de una solución Buffer es: a. Un Ácido Débil + Una Sal Fuerte proveniente del mismo acido 7. Es función de una sustancia Buffer dentro de una solución: a. Regular el pH b. Absorber en un medio liquido exceso de iones H+ y OHc. Controlar el metabolismo acido base en células vegetales d. Mantener equilibrio entre iones con carga positiva y negativa e. Todas las anteriores 8. Los principales sistemas Buffer en sistemas Animales son: a. Urea, saliva y sangre b. Fosfato, Hemoglobina y Bicarbonato c. Urea, Bicarbonato y Sulfato d. Sulfato, Hemoglobina y Urea 9. La capacidad amortiguadora de una solución determina: a. la cantidad de mili equivalentes (meq) de ácido o base fuerte que puede neutralizar, sufriendo un cambio de pH de una unidad b. la cantidad de iones H que pueden ser inhibidos por iones OH c. la cantidad de mili equivalentes (meq) de sal fuerte que puede neutralizar, sufriendo un cambio de pH minimo d. la cantidad de iones OH que pueden ser inhibidos por iones H 10. A medida que un animal respira más rápido (es decir toma más oxígeno, pero también mas CO2) sucede: a. Una liberación de CO2 generando alcalosis respiratoria b. Una acumulación de CO2 generando alcalosis respiratoria c. Una acumulación de Bicarbonato generando alcalosis respiratoria d. Una liberación de Bicarbonato generando alcalosis respiratoria

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BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: 1. Neils J. 2012. Enzimas. Recuperado de; https://www.slideshare.net/JeanLoayza93/8-enzimas-1 2. Jimenez J. 2013. Cinética enzimática. Recuperado de http://es.slideshare.net/usfisioterapialuisfernandez/tema-6-cintica-enzimtica-y-regulacin 3. Cuervo W. 2016. Como se regula la homeostasis por medio del equilibrio acido base. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10839 4. Cuervo W. 2016. ¿QUÉ SON SOLUCIONES BUFFER Y CÓMO REGULAN LA AMORTIGUACIÓN EN PLANTAS Y ANIMALES? Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10840 En Diciembre de 2016 RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN.

1.

Se puede definir una enzima como:

2. Con respecto a la acción de las enzimas, La ley de Michaelis Menten indica: 3. Los factores que afectan la actividad de una enzima son: 4. Una de dos formas en las que actúa una enzima (E) sobre un sustrato (S) es: 5. Una solución Buffer es aquella que: 6.

La composición química de una solución Buffer es:

7. Es función de una sustancia Buffer dentro de una solución:

a. Una distancia con estructura proteica que cataliza la reacción de un sustrato convirtiéndolo en un sustrato a. Las diferentes etapas que sigue el sustrato, para transformarse en producto a. El pH, la Temperatura, La concentración de la Enzima y La Concentración del sustrato a. La (E) capta en su centro activo una molécula de (S), forma un complejo activado (E-S) transformándolo en un producto a. Se oponen a los cambios de pH, cuando se les adicionan ácidos o hidróxidos a una solución a. Un Ácido Débil + Una Sal Fuerte proveniente del mismo acido a. Regular el pH b.

Absorber en un medio liquido exceso de iones H+ y OH-

c.

Controlar el metabolismo acido base en células vegetales

d. Mantener equilibrio entre iones con carga positiva y negativa e. Todas las anteriores 8. Los principales sistemas Buffer en sistemas Animales son: 9. La capacidad amortiguadora de una solución determina: 10. A medida que un animal respira más rápido (es decir toma más oxigeno pero también mas CO2) sucede:

a.

Fosfato, Hemoglobina y Bicarbonato

a. la cantidad de miliequivalentes (meq) de ácido o base fuerte que puede neutralizar, sufriendo un cambio de pH de una unidad a. Una acumulación de CO2 generando alcalosis respiratoria

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CAPITULO 4 4.1. Ciclos biogeoquímicos Ciclo del Carbono Las principales biomoléculas del eje suelo – planta – Animal (SPA) están compuestas por C, H, O, N, P y S, a modo general los procesos de ciclaje de los principales elementos químicos del eje SPA incluyen el ciclo de C, N, S y P. Con respecto al ciclo del C se enmarca en la relación entre el hombre, animales, suelo, plantas y atmosfera e incluso la litosfera. Cuando los animales y los humanos ingieren oxigeno de la atmosfera, exhalan dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) como resultante de los procesos metabólicos internos, el CO2 pasa a acumularse a la atmosfera o bien puede ser captado por los cloroplastos de las plantas para que lo incluyan en la vía de la fotosíntesis. En el caso del CH4 los rumiantes presentan un alto aporte de este gas que se acumula en la atmosfera y se considera uno de los principales gases de efecto invernadero. Para revisar en profundidad y de manera más didáctica la explicación del ciclo Biogeoquímico, pueden revisar los siguientes elementos (referenciados en la bibliografía del capítulo) “Ciclo del C”; https://www.youtube.com/watch?v=7SgQA9j5W-c&feature=youtu.be “ciclo del Carbono”; https://youtu.be/Qp7d5aVrLAQ

Ciclo del Nitrógeno El N es un gas presente en el aire disponible en la atmosfera (en forma de N puro), y también esta presente en los aminoácidos que componen las proteínas disponibles en los vegetales y animales (incluyendo los animales). Algunos compuestos que contienen N en forma de óxidos provienen de quemas, de fertilizantes e incluso de desechos a partir de los cuales se volatilizan compuestos nitrogenados. El ciclo del N tiene de manera general tres partes, una fijación, una nitrificación y una desnitrificación, su orden depende del momento del ciclo que sea analizado. De tal manera que el N atmosférico puede ser fijado única y exclusivamente por microorganismos como bacterias, (cianobacterias) hongos, que convierten ese N2 y lo convierten (adentro de sus células) en nitrato (NO3). Este nitrato es la forma en la cual el N está totalmente disponible para las plantas y por tanto para los animales que consumas esas plantas. En el paso siguiente del ciclo, los animales que consumieron esas plantas, por sus procesos digestivos y metabólicos generan desechos, excretas y orina, los cuales contienen N que es convertido por nitrosomonas a nitritos (NO2) o bien por acetobacterias que lo convierten en amoniaco (NH3, especialmente en orina). El NH3 se puede volatilizar a la atmosfera, pero el NO2 puede ser convertido a NO3 por parte de Nitrobacterias, de tal manera que estará nuevamente como NO3 puede ser absorbido por las plantas. Sin embargo, si los desechos están expuestos a la atmosfera mucho tiempo, son atacados por bacilos y Pseudomonas que facilitan su transformación a N2 el cual retornara al aire, constituyéndose en potencialmente toxico para la atmosfera. Para revisar a fondo algunos videos y explicaciones más didácticas sobre el ciclo Biogeoquímico del N, pueden revisar los siguientes elementos (referenciados en la bibliografía del capítulo) “Quimica del N”; https://youtu.be/Um3rI16Wp4Y “El N en el ciclo bio-geo-quimico”; https://youtu.be/JXVovib1IDo

Ciclo del Fosforo El P es un elemento supremamente importante para los procesos bioquímicos y metabólicos ya que hace parte de la molécula energética que se genera al interior de los mismos, el ATP. Este elemento químico no se encuentra libre y tampoco hace parte de la atmosfera, es decir no está en el aire, Se encuentra mayoritariamente en rocas (denominadas fosfóricas) que hacen parte de la litosfera y de materiales parentales que dan orígenes al suelo. En el suelo, por medio de proceso de meteorización se solubiliza y forma iones como el fosfato que al unirse con Calcio y otros elementos similares, hace parte de la solución del suelo para que las raíces de las plantas puedan absorber en forma de fosfatos y fitatos dicho elemento. Una vez presente y fijado en la planta el P es consumido por herbívoros quienes pueden retornar fosforo al suelo en sus excrementos.

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17 Una menor parte del fosforo presente en rocas puede lixiviarse a aguas profundas y dirigirse a ríos y mares donde se sedimenta, alimentando plantas marinas y algas que son consumidas por peces quienes a su vez pueden ser consumidos por aves. Estos animales al hacer su proceso digestivo expulsan heces “guano” que es depositado en material rocoso y se inicia el ciclo nuevamente. Para revisar a fondo algunos videos y explicaciones más didácticas sobre el ciclo Biogeoquímico del P, pueden revisar los siguientes elementos (referenciados en la bibliografía del capítulo) “Ciclo biogeoquímico del fósforo”; https://youtu.be/Ec57gfFoK2s “El P y su ciclo Bio-geo-químico”; https://www.youtube.com/watch?v=_BW01Y9j8Fs&feature=youtu.be

Ciclo del Azufre (S). El S es un elemento importante en la formación de proteínas en el eje SPA y está presente en numerosos lugares de la atmosfera, litosfera e hidrosfera. Por ejemplo, las excretas de los animales presentes en el eje depositan S en el suelo en forma de sulfatos (SO4) y óxidos de azufre (SO). Al ser atacado por bacterias ambientales, estos desechos biológicos de los animales e incluso de plantas puede ser transformado en ácido sulfhídrico (H 2S) (aunque ese gas también es producto de la digestión de animales). Normalmente el ion sulfato es la forma más común en que el S se moviliza en el eje SPA, especialmente en el suelo para ser disponible y absorbido por las raíces de las plantas. El S hace parte igualmente del lecho marino, proveniente de proceso volcánicos o bien hacer parte de algunos suelos en donde el material parental proviene de rocas ígneas. El S cumple una importante función al hacer parte de los aminoácidos que componen las proteínas en plantas y animales y formar puentes disulfuro entre las cadenas de aminoácidos y permitir la formación de estructura secundaria y terciaria de las proteínas. Para revisar a fondo algunos videos y explicaciones más didácticas sobre el ciclo Biogeoquímico del S, pueden revisar los siguientes elementos (referenciados en la bibliografía del capítulo) “Ciclo biogeoquímico del Azufre”; https://www.youtube.com/watch?v=3MVk_YhUVtA “Ciclo del Azufre”; https://www.youtube.com/watch?v=nq5M_Z0JrxM

4.2. Minerales y su clasificación Los minerales son resultado a la meteorización de material parental, proceso que permite que elementos químicos estén en una forma química (sales y en solución del suelo) biodisponible para las raíces de las plantas del eje SPA. En este sentido los minerales son los “ladrillos” o componentes básicos para construir las biomoléculas como carbohidratos, lípidos y proteínas al interior de las plantas, únicos organismos autótrofo presente en el eje SPA. Estos elementos del eje SPA son inorgánicos y deben ser incluidos al momento de fertilizar plantas o alimentar animales ya que no son producidos por ninguno de estos organismos, sino que son transformados y excretados en forma de iones y sales. Dependiendo de la presencia de los minerales en los tejidos de las plantas, o en los tejidos de los animales (que consumen dichas plantas) los minerales se clasifican en macro y micro-minerales. Esto coincide con los requerimientos de los minerales por parte de las plantas, dado que todos los macro-minerales se requieren en mayor cantidad en plantas y en animales, todo lo contrario, ocurre con los minerales micro. Los minerales cumplen importantes funciones en animales y vegetales, tal es el caso del Na y el K que regulan la presión osmótica a nivel celular, así mismo, elementos como el Mg, Ca y el mismo Na ayudan a re-polarizar las membranas celulares para permitir el impulso nervioso en neuronas y células musculares.

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18 Figura 6. Clasificación de los Minerales en Eje SPA

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre minerales en el eje SPA se recomienda revisar los siguientes elementos (referenciados en la bibliografía del capítulo) “Diagnóstico mineral de ganado bovino en condiciones de trópico húmedo”; https://chapingo.mx/produccionanimal/administrator/components/com_jresearch/files/theses/PPA_MC_045_ 10_12_AGR-SCCh.pdf

AUTOEVALUACION CAPITULO 4 La forma biológica en la cual el S llega al suelo y es absorbido por plantas y animales es: a. Sulfato de H b. Ácido sulfúrico (H2SO4) c. Sulfato (SO4) d. Ácido sulfhídrico (H2S) 2. Los residuos (de plantas y animales) son descompuestos y dejan S en el suelo en forma de: a. Sulfuro de H b. Ácido sulfúrico (H2SO4) c. Sulfato (SO4) d. Ácido sulfhídrico (H2S) 3. El Carbono fluye a través de las diferentes capas de la Biosfera en las siguientes formas a. Como CO2 en atmosfera, Petróleo y Carbón en Litosfera y H2CO3 en Hidrosfera b. Como CH4 en atmosfera, como CH3 en Petróleo y Carbón en Litosfera y CO2 en Hidrosfera c. Como CH4 en atmosfera, CO2 en Petróleo y Carbón en Litosfera y H2CO3 en Hidrosfera d. Ninguna de las anteriores 4. En el ciclo de C, Se afirma que las plantas y árboles actúan como “sumideros” de C porque: a. Liberan mayor cantidad de CO2 y consumen mayor cantidad de CH4 b. Absorben y retienen más C del que producen. c. Absorben menor cantidad de CH4 pero mayor de CO2 d. Liberan mayor cantidad de O2 que el que fijan 5. La forma biológica en la cual el P es absorbido por plantas y animales luego del proceso de Meteorización de rocas fosfóricas es: a. Ácido fosfórico b. Fosfito sódico c. Fosfato d. Adenosina trifosfato 6. El mecanismo por medio del cual se recicla P volviendo a las rocas fosfóricas son: a. Volatilización de fuente orgánicas de P b. Volatilización de fuente Inorgánicas de P c. Las excretas de animales domésticos en fuentes hídricas d. El Guano o excretas de las Aves 7. La forma biológica en la cual el N puede ser absorbido por plantas luego de ser fijado desde la atmosfera es: a. Nitritos b. Óxido nitroso c. Nitratos d. aminas 8. Los residuos de plantas descompuestas y desechos de los animales, dejan N en el suelo en forma de: a. Nitritos b. Óxido nitroso c. Nitratos d. Amoniaco 9. Con respecto a los minerales se puede afirmar que: a. Son elementos inorgánicos y por tanto deben ser incluidos en dieta de animales y fertilizante o abono para plantas b. Que se dividen por su presencia en tejido, concentración en el organismo y por sus funciones biológicas c. Son esenciales para plantas y animales y por tanto deben ser incluidos en dieta de animales y fertilizante o abono para plantas d. Todas las anteriores 10. Se consideran como Micro-minerales a. Ca, P, Mg, Na, K b. Cu, Zn, Mn, Se, I c. P, Ca, K, Cl d. Ninguna de las anteriores es correcta 11. Los dos minerales que están relacionados con la transmisión nerviosa son: a. Na y Mn y K b. Ca, Na y Mg c. Zn, Mg y Cl d. K, P y Cu 12. Una de las principales funciones que tienen los micro-minerales es: a. Ser parte constituyente de la mayoría de tejidos animales b. Ser parte constituyente de la mayoría de tejidos vegetales c. Ser parte importante de las funciones más importantes de todo ser vivo. d. Que algunas enzimas requieren la presencia de dichos elementos como cofactores

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: BIOMOLECULAS EN EL EJE SUELO – PLANTA ANIMAL (SPA) |

19 1. Merino R. 2016. Ciclo del Azufre. Recuperado de; https://www.youtube.com/watch?v=nq5M_Z0JrxM en Noviembre de 2017 2. S.L., sociedad española. unprofesor.com. 2014. El nitrógeno en el ciclo biogeoquímico. Recuperado de https://youtu.be/JXVovib1IDo 3. Rojas M. 2010. QUIMICA CICLO DEL NITROGENO. Recuperado de https://youtu.be/Um3rI16Wp4Y 4. LISTADO VIDEOSS.L., sociedad española. unprofesor.com. 2014. El fósforo y su ciclo biogeoquímico. Recuperado de https://youtu.be/_BW01Y9j8Fs 5. Correa J. 2011. Ciclo biogeoquímico del fósforo. Recuperado de https://youtu.be/Ec57gfFoK2s 6. S.L., sociedad española. unprofesor.com. 2014. Carbono - Ciclo biogeoquímico. Recuperado de https://youtu.be/7SgQA9j5W-c 7. UNLP 2015. Ciclo del Carbono. Recuperado de https://youtu.be/Qp7d5aVrLAQ 8. Castañeda S. 2012. DIAGNÓSTICO MINERAL DE GANADO BOVINO EN CONDICIONES DE TRÓPICO HÚMEDO - Pagina 5 a Pagina 10. Tesis de Maestría. Universidad Autónoma de Chapingo. Recuperado de https://chapingo.mx/produccionanimal/administrator/components/com_jresearch/files/theses/PPA_M C_045_10_12_AGR-SCCh.pdf RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN. 1. La forma biológica en la cual el S llega al suelo y es absorbido por plantas y animales es: 2. Los residuos de plantas descompuestas y desechos de los animales, dejan S en el suelo en forma de: 3. El Carbono fluye a través de las diferentes capas de la Biosfera en las siguientes formas 4. En el ciclo de C, Se afirma que las plantas y árboles actúan como “sumideros” de C porque: 5. La forma biológica en la cual el P es absorbido por plantas y animales luego del proceso de Meteorización de rocas fosfóricas es: 6. El mecanismo por medio del cual se recicla P volviendo a las rocas fosfóricas son:

a.

Sulfato

a.

Ácido sulfhídrico

a. Como CO2 en atmosfera, Petróleo y Carbón en Litosfera y H2CO3 en Hidrosfera a. Absorben y retienen más C del que producen. a.

Fosfato

a.

El Guano o excretas de las Aves

7. La forma biológica en la cual el N puede ser absorbido por plantas luego de ser fijado desde la atmosfera es: 8. Los residuos de plantas descompuestas y desechos de los animales, dejan N en el suelo en forma de: 9. Con respecto a los minerales se puede afirmar que:

a.

Nitratos

a.

Amoniaco

10. Se consideran como Micro-minerales

a.

Cu, Zn, Mn, Se, I

11. Los dos minerales que están relacionados con la transmisión nerviosa son:

a.

Ca y Mg

12. Una de las principales funciones que tienen los micro-minerales es:

a. Que algunas enzimas requieren la presencia de dichos elementos como cofactores

a. Son elementos inorgánicos y por tanto deben ser incluidos en dieta de animales y fertilizante o abono para plantas b. Que se dividen por su presencia en tejido, concentración en el organismo y por sus funciones biológicas c. Son esenciales para plantas y animales y por tanto deben ser incluidos en dieta de animales y fertilizante o abono para plantas d. Todas las anteriores

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CAPITULO 5 5.1. Carbohidratos, Estructurales (CE) y No Estructurales (CNE) Esta biomolécula también recibe otros nombres como; Glúcidos, azucares (menos de 10 carbonos), e Hidratos de Carbono. Son moléculas vitales de energía viva en la tierra y son sintetizados a través de fotosíntesis (fijando CO2 inorgánico), normalmente contienen C, O e H y tienen la fórmula aproximada (CH2O) n. Las Hexosas (carbohidratos de 6 carbonos) son el grupo más importante dentro de los azucares. Son compuestos orgánicos (es decir sintetizadas por elementos vivos como las plantas) aunque algunos también son formados en tejidos animales. Existen carbohidratos de diferente tamaño, alguno menores de 12 carbonos (glucosa, fructosa, sacarosa) y otros con miles de átomos de C (almidón, glicógeno, quitina y celulosa), con diversas funciones como de reserva (almidón en vegetales y glicógeno en animales), estructura (celulosa en plantas, quitina en crustáceos), como precursores (para lípidos, proteínas e incluso vitaminas) o como señales de reconocimiento celular (glicoproteínas). Imagen 6. Micro-fotografía de corte de tejido vegetal

Existen numerosas clasificaciones para los carbohidratos, existen carbohidratos que contienen una sola unidad de azucares, estos se denominan monosacáridos (glucosa, fructosa, galactosa) los que tienen 2 unidades del mismo azúcar o disacáridos (lactosa, sacarosa, maltosa), los que tienen más de 2 unidades de diferentes tipos de azucares (arabinosa, xilosa) los que tienen cientos o miles de unidades del mismo azúcar (homo – poli – sacárido) o cientos o miles de diferentes unidades de azúcar (Hetero – poli – sacáridos). Otra clasificación de los carbohidratos se asocia a su presencia y ubicación en las células de los tejidos vegetales, de tal manera que aquellos carbohidratos presentes en el citoplasma de la célula vegetal se denominan carbohidratos no estructurales (CNE), tal es el caso de la glucosa, la maltosa, la xilosa, la arabinosa, la fructosa, la sacarosa. Mientras que los carbohidratos presentes en la pared celular de las plantas se denominan estructurales (CE) ya que de hecho le dan estructura y rigidez no solo a la célula sino a todos los tejidos de la planta, lo cual le permite de hecho mantenerse erecta, tal es el caso de la Hemicelulosa y la celulosa. Generalmente los CNE presentes en un vegetal (tallo, hoja, fruto) son más digeribles, mientras que los CE son menos digeribles y solamente algunas bacterias (como las del rumen de las vacas, ovejas y cabras) en la naturaleza tienen enzimas capaces de degradar la celulosa de la pared celular, presente en las partes más fibrosas de las plantas. Así mismo, los CE están presentes en todo material fibroso pueden ser digeridos parcialmente por bacterias presentes en porciones del intestino grueso de monogástricos como aves y cerdos.

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Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre los carbohidratos en el eje SPA se debe revisar la siguiente presentación didáctica (referenciada en la bibliografía del capítulo)

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21 “Carbohidratos Estructurales (C.E) No Estructurales (C.N.E)” ; http://hdl.handle.net/10596/10841 -

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre los carbohidratos en el eje SPA se recomienda revisar la siguiente presentación didáctica (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Carbohidratos”; http://es.slideshare.net/StefhanieQuiroz/carbohidratos-y-su-clacificacion

5.2. Biomoléculas de interés en la madera

Los arbustos y árboles, como cualquier otra planta realizan el proceso de fotosíntesis que permite fijar C inorgánico (CO2) y convertirlo en azucares o carbohidratos (Glucosa). La glucosa en tejidos vegetales puede hacer parte del citoplasma de las células por lo que se considera carbohidrato no estructural (CNE), aunque también puede ser utilizada para sintetizar un polisacárido denominado celulosa, el cual une miles de unidades de glucosa por medio de un enlace beta 1-4, es decir une al carbono 1 de una glucosa con el carbono 4 de la siguiente glucosa. La configuración Beta permite que la cadena de glucosas se pliegue y forme una especie de fibrillas de celulosa.

Las fibras de celulosa recubren la célula y se alojan en la pared celular, es por ello que la celulosa es un carbohidrato estructural (CE). La Hemicelulosa es otro CE y es un polímero de cadena corta y ramificada de pentosas (azucares con cinco átomos de carbono), tales como la xilosa, o hexosas (azucares de seis carbonos) aparte de la glucosa. La Hemicelulosa al ser un hetero-poli – sacárido, tiene naturaleza amorfa y cumple la misma función que la lignina, formar la matriz en la cual se incrustan los extremos de la celulosa.

En ocasiones la lignina es confundida con un carbohidrato sin serlo, esta molécula presenta una estructura con numerosos poli fenoles y es totalmente indigerible por los animales domésticos. La estructura de la lignina hace que únicamente algunos insectos como las termitas posean la capacidad de digerir materiales maderables con alto contenido de lignina. A nivel celular, la lignina se almacena en la lámina media de la pared celular (entre la celulosa y la Hemicelulosa y la pectina) funcionando como un cementante entre los CNE y los CE, dicha ubicación es estratégica para la función que cumple de dar estructura y endurecer el exterior de los tallos de las plantas, arbustos y árboles, lo que permite la forma de crecimiento de los mismos.

En la madera y sus subproductos, son de especial interés los carbohidratos Celulosa, Hemicelulosa y el poli fenol lignina, ya que son los principales polímeros que son transformados por procesos bioquímicos y se obtienen productos como Talol, Licores, alcohol, entre otros.

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Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre los polímeros de la madera se debe revisar el siguiente documento (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Cuáles son las Biomoléculas de interés en la madera y sus subproductos” https://es.vbook.pub.com/document/332104872/Cuales-Son-Las-Biomoleculas-de-Interes-en-La-Madera-y-SusSubproductos

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AUTOEVALUACION CAPITULO 5 1. Son ejemplos de monosacárido // Disacárido //, Oligosacárido// y Polisacáridos respectivamente a. Glucosa // Maltosa // Arabinosa // Celulosa b. Almidón // Celulosa // glicerol // Hemicelulosa c. Glucosa // Maltosa // Arabinosa // Lignina d. Glucosa // Maltosa // Glicerol // Lignina 2. Son ejemplos de Carbohidratos tipo polisacárido con función de Estructura // Reserva en plantas // almacenamiento en animales a. Celulosa // Almidón // Glucógeno b. Almidón // Celulosa // Glucosa c. Celulosa // Glicerol // Glicógeno d. Celulosa // Hemicelulosa // Glicógeno 3. Una de las principales funciones de los azucares de 5 carbonos o pentosas es: a. Que son componentes esenciales del ADN y el ARN b. Que es otra forma de sintetizar glucosa c. Que es otra forma de sintetizar glicógeno d. Todas las anteriores 4. Los principales carbohidratos no estructurales son: a. Hemicelulosa, Celulosa y Pectina b. Lignina, celulosa y Hemicelulosa c. Lignina, almidón y celulosa d. Ninguna de las anteriores 5. Con respecto a las diferencias entre carbohidratos no estructurales (CNE) y estructurales (CE) se puede afirmar que: a. De los carbohidratos presentes en la célula vegetal, los CNE son más digeribles que los CE b. Los CE como la celulosa solo es digerible por enzimas bacterianas c. Que los CNE se encuentran en el citoplasma de la célula d. Que los CE tienen efecto estimulatorio en el movimiento del intestino grueso en aves y cerdos. e. Todas las anteriores 6. El principal papel de la lignina en las plantas es: a. Actuar como cementante entre las fibras leñosas y como agente endurecedor entre las fibras en la producción de pasta de madera química. b. Actuar como cementante entre los carbohidratos no estructurales como Hemicelulosa y Pectina en la pared celular c. Actuar como cementante entre los carbohidratos estructurales como Glucosa y Almidón en el citoplasma d. Ser el principal carbohidrato de estructura alojado en la pared intermedia de la célula vegetal entre la celulosa y la Hemicelulosa 7. Los tres principales polímeros que componen la madera son: a. Celulosa, Hemicelulosa y Lignina b. Celulosa Hemicelulosa y Pectina c. Talol, Licores de pulpación y polímeros celulósicos d. Glucosa, Celulosa y Almidón 8. Una diferencia entre celulosa y Hemicelulosa es: a. Celulosa es homo-polisacárido y Hemicelulosa Hetero-polisacárido b. Celulosa está en la pared celular y Hemicelulosa está en el citoplasma celular c. Celulosa es hetero-polisacárido y Hemicelulosa Homo-polisacárido d. Celulosa está en el citoplasma celular y Hemicelulosa está en la pared celular 9. La relación en proporción que guardan los tres principales polímeros de la madera es: a. 50% celulosa, 25% Hemicelulosa y 25% lignina b. 25% celulosa, 50% Hemicelulosa y 15% lignina c. 10% celulosa, 15% Hemicelulosa y 75% lignina d. 25% celulosa, 50% Hemicelulosa y 25% lignina 10. La obtención de etanol a partir de la madera depende de: a. La síntesis de celulosa a partir de Hemicelulosa b. La formación de Hemicelulosa a partir de Celulosa c. La formación de celulosa a partir de glucosa d. El rompimiento de celulosa en Pectina

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: 1. Cuervo W. 2016. CARBOHIDRATOS Estructurales (C.E) No Estructurales (C.N.E). Recuperado de; http://hdl.handle.net/10596/10841 2. Quiroz U. 2012. Carbohidratos. Recuperado de http://es.slideshare.net/StefhanieQuiroz/carbohidratos-ysu-clacificacion 3. Academia Vásquez. 2013. Carbohidratos: Características y Clasificación. Recuperado de https://youtu.be/0TUhTL8RKw4 4. Granados J. 2010. Cuáles son las Biomoléculas de interés en la madera y sus subproductos. Recuperado de https://www.vbook.pub.com/document/332104872/Cuales-Son-Las-Biomoleculas-de-Interes-en-LaMadera-y-Sus-Subproductos

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23 RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN 1. Son ejemplos de monosacárido // Disacárido //, Oligosacárido// y Polisacáridos respectivamente 2. Son ejemplos de Carbohidratos tipo polisacárido con función de Estructura // Reserva en plantas // almacenamiento en animales 3. Una de las principales funciones de los azucares de 5 carbonos o pentosas es: 4. Los principales carbohidratos no estructurales son:

a.

Glucosa // Maltosa // Arabinosa // Celulosa

a.

Celulosa // Almidón // Glucógeno

a.

Que son componentes esenciales del ADN y el ARN

a.

Hemicelulosa, Celulosa y Pectina

5. Con respecto a las diferencias entre carbohidratos no estructurales (CNE) y estructurales (CE) se puede afirmar que:

a. De los carbohidratos presentes en la célula vegetal, los CNE son más digeribles que los CE b. Los CE como la celulosa solo es digerible por enzimas bacterianas c. Que los CNE se encuentran en el citoplasma de la célula d. Que los CE tienen efecto estimulatorio en el movimiento del intestino grueso en aves y cerdos. e. Todas las anteriores

6.

El principal papel de la lignina en las plantas es:

7.

Los tres principales polímeros que componen la madera son:

8.

Una diferencia entre celulosa y Hemicelulosa es:

9. La relación en proporción que guardan los tres principales polímeros de la madera es: 10. La obtención de etanol a partir de la madera depende de:

a. Actuar como cementante entre las fibras leñosas y como agente endurecedor entre las fibras en la producción de pasta de madera química. b. Actuar como cementante entre los carbohidratos no estructurales como Hemicelulosa y Pectina en la pared celular c. Actuar como cementante entre los carbohidratos estructurales como Glucosa y Almidón en el citoplasma d. Ser el principal carbohidrato de estructura alojado en la pared intermedia de la célula vegetal entre la celulosa y la Hemicelulosa a. Celulosa, Hemicelulosa y Lignina b.

Celulosa Hemicelulosa y Pectina

c.

Talol, Licores de pulpación y polímeros celulósicos

d.

Glucosa, Celulosa y Almidón

a. Celulosa es homo-polisacárido y Hemicelulosa Heteropolisacárido a. 50% celulosa, 25% Hemicelulosa y 25% lignina a.

La degradación de celulosa en glucosa

CAPITULO 6. 6.1. Lípidos (composición, estructura y funciones) Los lípidos son biomoléculas compuestas por C, H, O y otros elementos como fosforo, nitrógeno y otros minerales que tienen una estructura basada en ácidos grasos y glicerol como moléculas fundamentales. Por ejemplo, una estructura muy común en los lípidos es la estructura básica de una molécula de glicerol (de 3 carbonos) a la que se unen 3 moléculas de ácidos grasos (cadenas de carbonos unidos entre sí), siendo la disposición de un tri acil glicerol o triglicérido. Sin embargo, existen lípidos que no siguen esta estructura y pueden tener anillos bencénicos o estructuras no afines con esta descripción. Las funciones de los lípidos son variadas y van desde protección y aislamiento celular (gracias a la doble capa de fosfolípidos que tienen las membranas) a ser una reserva de energía para plantas (en forma de fosfolípidos y triglicéridos en las semillas, frutos y en forma de cutícula en el exterior de las hojas) y animales (en forma de colesterol, triglicéridos y glicolipidos en células de tejido adiposo) Todos los lípidos son insolubles en agua (hidrofóbicos), pero son solubles en solventes orgánicos (o no polares) como el éter, el benceno o el alcohol. En el caso de los ácidos grasos, únicamente se componen por C e H y tienen pocos grupos funcionales (únicamente el grupo carboxilo o acido). La gran mayoría de los lípidos entran en la clasificación de saponificables (triglicéridos, glicolipidos, fosfo-glicéridos, Esfingolipidos) eso quiere decir que por su composición química y los grupos funcionales que unen su estructura, es posible separar la parte grasa de la no grasa, este proceso se denomina “saponificación”. Dicho proceso utiliza una solución salina de pH alcalino que

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24 ataca enlaces esteres (que son los que unen al glicerol con los ácidos grasos) y permite la liberación de la parte grasa (ácidos grasos) y polares (glicerol), Esta reacción forma finalmente un jabón y glicerina. Figura 7. Clasificación de los lípidos Eje SPA

Pérez M. 2004. Galería de imágenes

Otros lípidos, sin embargo, son no saponificables (o lípidos simples), dentro de los cuales se encuentran algunos lípidos que no son tan comunes dentro del eje SPA, no contienen ácidos grasos y a modo general se pueden incluir en este grupo a las prostaglandinas, los terpenos y los esteroides. Ellos por no contener ácidos grasos no pueden realizar el proceso de saponificación. Aquí se evidencia el papel tan importante de los ácidos grasos ya que por su composición pueden cambiar la función de un lípido. En células vegetales se encuentran predominantemente ácidos grasos de entre 16 a 18 carbonos. Los ácidos grasos, más allá de ser uniones lineales de C (de entre 3 y 22 carbonos), pueden presentar alteraciones en su disposición espacial, resultado de la presencia o ausencia de dobles o triples enlaces. En este sentido existen ácidos grasos que pueden tener dobles enlaces entre dos de sus carbonos, estos se denominan ácidos grasos insaturados (AGI). Si el ácido graso está compuesto por una cadena de carbonos en la que todos están unidos por enlaces sencillos, éste se denomina ácido graso saturado (AGS). En la naturaleza existen AGI que tienen más de un sitio donde dos carbonos se unen con un doble enlace, a esos se les denomina ácido graso poliinsaturado (AGPI). Cada insaturación o doble enlace, genera un cambio en la disposición espacial del ácido graso, lo cual al tiempo hace que sus propiedades físicas cambien y también sus funciones. Por ejemplo, en las últimas décadas se ha descubierto que la de carne de peces de rio (como los salmónidos) presenta un alto contenido de AGPI, y su consumo se ha asociado con la reducción de colesterol malo (o VLDL) en humanos. Figura 8. Alteración espacial con una insaturación (Doble enlace) en ácidos grasos

Pérez M. 2004. Galería de imágenes

-

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre los lípidos, su estructura y funciones se deben revisar los siguientes documentos (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Ácidos grasos” ; https://youtu.be/72o8rNKsjww “Lípidos: Propiedades, Funciones y Clasificación”; https://youtu.be/EFyZMAnapDg BIOMOLECULAS EN EL EJE SUELO – PLANTA ANIMAL (SPA) |

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6.2. Proteínas (Composición, ubicación y funciones) Estas biomoléculas son estructuras complejas formadas por los elementos C, H, O, N, S y en algunos casos P y en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), entre otros elementos. Presentan estructuras diferenciadas de alto peso molecular, formando dispersiones coloidales y están compuestas por L-alfaaminoácidos en enlace peptídico, arreglados en secuencia lineal que se enrolla después para constituir cuatro niveles estructurales. La unidad funcional de una proteína es el aminoácido (AA), el cual presenta dos grupos funcionales en una misma molécula, el grupo amino y el grupo carboxilo (o acido), la unión entre dos o más aminoácidos forma una molécula denominada péptido, y al mismo tiempo la unión de dos o más péptidos forma di y tri - péptidos y una cadena de péptidos forma una estructura proteica primaria. Una cadena primaria de proteína que se pliega en forma helicoidal da origen a la estructura secundaria de la proteína, lo cual es resultado de la atracción electrostática entre aminoácidos de la misma cadena lineal de péptidos, resultando es disposición helicoidal alfa (hélice) o beta (pliegues en forma de zigzag). Cuando esa estructura helicoidal gira sobre su propio eje y adquiere carácter tridimensional forma un “nudo”, la estructura terciaria de la proteína formada gracias a las fuerzas como puentes di-sulfuro, puentes de hidrogeno e interacciones hidrofóbicas. Cuando se unen por enlaces sencillos (NO covalentes) varias estructuras terciarias de la proteína. Figura 9. Estructuras de la proteína Primaria

Secundaria

Terciaria

Cuaternaria

Pérez M. 2004. Galería de imágenes

A pesar de que muchas proteínas comparten las unidades funcionales de los aminoácidos, pueden presentar estructuras diferenciales (globulares, lineales, compuestas, mixtas, plegadas) y también funciones diferentes.

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26 Dentro de las proteínas más comunes están las enzimas, que sirven dentro del metabolismo animal y vegetal para acelerar o catalizar reacciones a nivel celular y tisular, tal es el caso de las lipasas, proteasas y amilasas producidas en el páncreas de los animales o la Rubisco en el caso de las plantas. La acción de las enzimas en su gran mayoría depende de la producción o inhibición de hormonas, que son otro tipo de proteínas y tienen la función de comandar cascadas de reacciones y activar o desactivar enzimas, existen hormonas importantes como la prolactina, la oxitocina, la insulina y el glucagón. Las proteínas también cumplen otras funciones vitales para los seres vivos dentro del eje SPA como de transporte de sustancias en la sangre (Hemoglobina, Lipoproteínas) pero al mismo tiempo ser catalizadores (como las enzimas) o servir como moléculas de sostén o de estructura para el cuerpo de los animales (Miosina, Colageno y Elastina). Al ser digeri -

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre las proteínas, su estructura y funciones se deben revisar los siguientes documentos (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Estructura de las proteínas” ; http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ProteinasEstruct.htm

AUTOEVALUACION CAPITULO 6 Sobre las funciones y composición de los lípidos se puede afirmar que: a. Tiene función de reserva en tejidos animales b. Son biomoléculas no solubles en agua y su principal componente es el Triglicérido c. Tiene función de estructura en membrana celular d. Todas son correctas. 2. Con respecto a la Saponificación se puede afirmar que: a. Se hace removiendo una solución acida a una grasa y resulta en un jabón que tiene una fracción hidrosoluble y una hidrofóbica b. Se forma removiendo una solución alcalina a una grasa y resulta en un jabón que tiene una fracción hidrofóbica c. Se forma adicionando una solución acida a un lípido insoluble y resulta en un lípido tiene una fracción hidrosoluble d. Se hace adicionando una solución alcalina a una grasa y resulta en un jabón que tiene una fracción hidrosoluble y una hidrofóbica 3. Son ejemplos de lípidos saponificables // No saponificables: a. Triglicéridos, fosfolípidos, Esfingolipidos // Terpenos, Esteroides, Prostaglandinas b. Ácidos grasos insaturados // ácidos grasos saturados c. Ácidos grasos saturados // ácidos grasos insaturados d. Triglicéridos, hormonas y colesterol// Terpenos, Quininas y Esteroles 4. Los ácidos grasos que predominan en tejidos animales y vegetales son: a. De 16 a 18 carbonos y pueden ser saturados (ósea, enlace sencillo) o insaturados (ósea con al menos un doble enlace) b. De 6 a 10 carbonos y pueden ser saturados (ósea, enlace sencillo) o insaturados (ósea con al menos un doble enlace) c. De 6 a 10 carbonos y pueden ser insaturados (ósea, enlace sencillo) o saturados (ósea con al menos un doble enlace) d. De 5 a 8 carbonos y pueden ser saturados (ósea, enlace sencillo) o insaturados (ósea con al menos un doble enlace) 5. Con respecto a la estructura primaria de la proteína se puede afirmar que: a. Se forma al enrollarse la estructura primaria de manera helicoidal b. Es la secuencia lineal de aminoácidos, denominándose cadena poli peptídica c. Cuando la estructura primaria de un polipéptido se dobla sobre sí misma originando una conformación globular. d. Ninguna de las anteriores 6. Con respecto a la estructura Secundaria de la proteína se puede afirmar que: a. Se forma al enrollarse la estructura primaria de manera helicoidal b. Es la secuencia lineal de aminoácidos, denominándose cadena poli peptídica c. Cuando la estructura primaria de un polipéptido se dobla sobre sí misma originando una conformación globular. d. Ninguna de las anteriores 7. La estructura terciaria de la proteína se forma: a. Se forma al enrollarse la estructura primaria de manera helicoidal b. Es la secuencia lineal de aminoácidos, denominándose cadena poli peptídica c. Cuando la estructura primaria de un polipéptido se dobla sobre sí misma originando una conformación globular. d. Ninguna de las anteriores 8. Un ejemplo de proteína con función hormonal es: a. Hemoglobina y Lipoproteína b. Colágeno y Elastina c. Insulina y glucagón d. Lipoproteina y cisteina 9. Un ejemplo de proteína con función de transporte es: a. Hemoglobina y Lipoproteína b. Colágeno y Elastina

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27 c. Insulina y glucagón d. Lipoproteina y cisteina 10. Un ejemplo de proteína con función estructural es: a. Hemoglobina y Lipoproteína b. Colágeno y Elastina c. Insulina y glucagón d. Lipoproteina y cisteína

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: 1. Profesor en línea 2011. Estructura de las proteínas. Recuperado de http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ProteinasEstruct.htm 2. Pérez M. (2004). Galería de Imágenes Bioquímica. Recuperado de; http://www3.uah.es/mapa/seminarios/galeria.htm RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN 1. Sobre las funciones y composición de los lípidos se puede afirmar que:

a.

Tiene función de reserva en tejidos animales

b. Son biomoléculas no solubles en agua y su principal componente es el Triglicérido c. Tiene función de estructura en membrana celular d. 2.

Con respecto a la Saponificación se puede afirmar que:

Todas son correctas.

8.

Un ejemplo de proteína con función hormonal es:

a. Se hace adicionando una solución alcalina a una grasa y resulta en un jabón que tiene una fracción hidrosoluble y una hidrofóbica a. Triglicéridos, fosfolípidos, Esfingolipidos // Terpenos, Esteroides, Prostaglandinas a. De 16 a 18 carbonos y pueden ser saturados (ósea enlace sencillo) o insaturados (ósea con al menos un doble enlace) a. Es la secuencia lineal de aminoácidos, denominándose cadena poli peptídica a. Se forma al enrollarse la estructura primaria de manera helicoidal a. Cuando la estructura secundaria de un polipéptido se dobla sobre sí misma originando una conformación globular. a. Insulina y glucagón

9.

Un ejemplo de proteína con función de transporte es:

a.

Hemoglobina y Lipoproteína

a.

Colágeno y Elastina

3. Son ejemplos de lípidos saponificables // No saponificables: 4. Los ácidos grasos que predominan en tejidos animales y vegetales son: 5. Con respecto a la estructura primaria de la proteína se puede afirmar que: 6. Con respecto a la estructura Secundaria de la proteína se puede afirmar que: 7. La estructura terciaria de la proteína se forma:

10. Un ejemplo de proteína con función estructural es:

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CAPITULO 7 Algunas enzimas de importancia en el suelo y eje SPA Las enzimas son proteínas que catalizan la transformación de diferentes sustratos en absolutamente todos los eslabones del eje SPA. Existen numerosas enzimas con funciones importantes en los procesos metabólicos de plantas, animales e incluso al interior del suelo. A continuación, se realiza una descripción de algunas enzimas de importancia para el suelo y los vegetales. En el cuadernillo 2 se examinará a fondo el papel de algunas enzimas La enzima ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa o RUBISCO es la encargada de mediar el primer paso de fijación dentro del ciclo de Calvin, proceso también denominado como fotosíntesis oscura. En ese proceso de fijación, en el estroma del tilacoide del cloroplasto de las plantas, es posible fijar moléculas de C inorgánico en forma de CO2 y adicionarlo a una molécula de pentosa (ribosa), este primer paso permite que en ese ciclo se generen moléculas de 3 carbonos (gliceraldehido 3 fosfato o G3P) que a la postre se convertirán en glucosa, producto final de la fotosíntesis. Es la enzima más difundida en la naturaleza ya que representa cerca del 20% dela proteína de cualquier planta y está presente incluso en tejido vegetal muerto ya que factores como temperatura y pH no afectan significativamente su actividad. Figura 10. Estructuras de la proteína

Fuente; hyperphysics.phy

Las proteínas con carácter catalítico presentes en el suelo más estudiadas son las oxido-reductasas (deshidrogenasas, catalasas y peroxidasas) y las hidrolasas (sobre todo fosfatasas, proteasas y ureasa). La gran mayoría de estas enzimas tienen origen bacteriano presente en los agregados del suelo. Algunas de estas enzimas son extracelulares, siendo liberadas durante el metabolismo y muerte celular. Sin embargo, también hay algunas enzimas que hacen parte de la biomasa microbiana. Otro grupo de enzimas están de manera inactiva (aunque tienen volumen y concentración constante) y son independientes al número de microorganismos y de las formas de regulación de su formación y secreción de enzimas. Las principales oxido-reductasas son la catalasa, glucosa oxidasa, deshidrogenasa y peroxidasa. Las principales enzimas del eje SPA denominadas como transferasas son la transaminasa. Así mismo existen otras enzimas que para funcionar como catalizadores requieren de agua y se denominan hidrolasas, tal es el caso de la celulasa, lipasa, ß-glucosidasa, fosfatasa y ureasa.

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29 Las enzimas Fosfatasa, Ureasa, Deshidrogenasa y ß-glucosidasa han sido estudiadas en investigaciones donde se ha medido el efecto del manejo agronómico sobre características de calidad o estado de sanidad del suelo (Baležentienė y Klimas 2009). Estas enzimas median el proceso metabólico que resultan en la liberación de P, N y C, elementos importantes en la nutrición de las plantas. A continuación, se presenta la relación de las enzimas y su actividad dentro del SPA Enzima Deshidrogenasa

ß-glucosidasa Ureasa Fosfatasa Catalasa Peroxidasa

Función o Actividad en Eje SPA Indicador de procesos microbianos desarrollándose en el suelo (es una enzima exclusiva de organismos vivos) Indicador de nivel de oxidación de la materia orgánica por medio de enzimas involucradas en el ciclo biogeoquímico del C. Enzima indicadora de la calidad de suelos sujetos a diferentes procedimientos de manejo de fertilización o de mecanización Indica la capacidad de un suelo para utilizar N (en forma de urea utilizada como fertilizante) ya que la enzima toma moléculas de urea y la convierte en amonio (NH4) y CO2 Hace parte del ciclo biogeoquímico del fosforo. Existen fosfatasas alcalinas (en suelos alcalinos) o acidas (en suelo ácidos). Realizan la mineralización del P haciéndolo disponible para que sea absorbido por las raíces de las plantas Puede convertir un compuesto toxico como el peróxido de hidrogeno (H2O2) en oxígeno y agua. Este proceso es realizado por microorganismos por lo tanto la presencia y actividad de la enzima es un indicador de actividad biológica en el suelo. Cataliza la misma reacción de la catalasa pero en células vegetales

A modo general la estimación de la actividad enzimática en suelo es un indicador de diferentes condiciones de calidad de suelo ante diversos tratamientos de manejo de cultivos, praderas y bosques, ya que su presencia y actividad está relacionada con la actividad microbiana de los suelos resultante de procesos fisiológicos de los mismos. -

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre las proteínas, su estructura y funciones se deben revisar los siguientes documentos (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Actividad enzimática del suelo” ; https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/agrocost/article/view/15118/14406

-

Para revisar a fondo explicaciones más profundas sobre las proteínas, su estructura y funciones se recomienda revisar los siguientes documentos (referenciada en la bibliografía del capítulo)

“Actividad de la Catalasa” ; http://www2.vernier.com/sample_labs/CMV-03-enigma.pdf “Sobre las enzimas del suelo y http://edafologia.ugr.es/Revista/tomo13b/articulo117.pdf

sus

técnicas

de

medida”;

AUTOEVALUACION CAPITULO 7 1. Una de las claves para que se lleve a cabo la fotosíntesis esta mediada por la transformación de luz en energía y la mediación de la enzima ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa o RUBISCO, cuyo principal papel es: a. La adición de un CO2 a una pentosa (ribulosa) para producir 2 moléculas de 3 carbonos (gliceraldehido 3 fosfato) b. La adición de un hidrogeno a una pentosa (glucosa) para producir 2 moléculas de 3 carbonos (gliceraldehido 3 fosfato) c. La adición de un hidróxido a una ribulosa para producir una molécula de glucosa (glicerato 3 fosfato) d. La remoción de un CH4 una pentosa (ribulosa) para producir 2 moléculas de 3 carbonos (glucosa) 2. Las principales enzimas oxido – Reductasas presentes y activas en el eje SPA son; a. Oxidasa, Reductasa, Hidrogenasa y Catalasa b. Rubisco, Catalasa, Peroxigenasa y Oxidasa c. Oxidasa, Catalasa, Glucosidasa y Rubisco d. Catalasa, glucosa oxidasa, deshidrogenasa y peroxidasa BIOMOLECULAS EN EL EJE SUELO – PLANTA ANIMAL (SPA) |

30 3. La enzima responsable de procesar moléculas de urea, ricas en N y convertirla en amonio y CO2 es: a. Amonio Sintetasa b. La Sintasa de amonio c. Nitrogenasa amonificada d. La Ureasa 4. La principal diferencia entre la enzima Catalasa y Peroxidasa es; a. La Catalasa funciona como una oxido reductasa que cataliza el cambio de óxidos a cofactores reducidos b. La Peroxidasa Si elimina el peróxido de H las células, pero la Catalasa No puede media la reacción c. La Catalasa Si elimina el peróxido de H de las células, pero la Peroxidasa No media la reacción d. La Catalasa y la Peroxidasa eliminan el peróxido, pero en diferentes células, en animales y vegetales respectivamente 5. La enzima que puede utilizarse como indicador de nivel de oxidación de la materia orgánica por medio de enzimas involucradas en el ciclo biogeoquímico del C es: a. La B-glucosidasa b. La carboxidasa c. La Deshidrogenasa d. La Catalasa 6. La enzima que puede utilizarse como indicador de la calidad de suelos sujetos a diferentes procedimientos de manejo de fertilización o de mecanización: a. La B-glucosidasa b. La carboxidasa c. La Deshidrogenasa d. La Catalasa

BIBLIOGRACIA CITADA EN ESTE CAPITULO: 1. Henriquez C., Uribe L., Valenciano A., Nogales R. (2014). Actividad enzimática del suelo DeshidrogenAsa, -glucosidasa, Fosfatasa y Ureasa- bajo diferentes cultivos. Recuperado de; https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/agrocost/article/view/15118/14406

2. Vernier (2013). Acción Enzimática: Actividad de la Catalasa Recuperado de; http://www2.vernier.com/sample_labs/CMV-03-enigma.pdf

3. Albiach M., Bonmatí M., Canet M., García C., García A., Gíl F., Gonzalez S., Hernández M., Jiménez De Ridder P., Leirós M., Lobo M., Rad C., Sastre I., Trasar C. (2006). Sobre las enzimas del suelo y sus técnicas de medida. Recuperado de; http://edafologia.ugr.es/Revista/tomo13b/articulo117.pdf

RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN 1. Una de las claves para que se lleve a cabo la fotosíntesis esta mediada por la transformación de luz en energía y la mediación de la enzima ribulosa-1,5bifosfato carboxilasa/oxigenasa o RUBISCO, cuyo principal papel es: 2. Las principales enzimas oxido – Reductasas presentes y activas en el eje SPA son; 3. La enzima responsable de procesar moléculas de urea, ricas en N y convertirla en amonio y CO2 es: 4. La principal diferencia entre la enzima Catalasa y Peroxidasa es; 5. La enzima que puede utilizarse como indicador de nivel de oxidación de la materia orgánica por medio de enzimas involucradas en el ciclo biogeoquímico del C es: 6. La enzima que puede utilizarse como indicador de la calidad de suelos sujetos a diferentes procedimientos de manejo de fertilización o de mecanización:

a. La adición de un CO2 a una pentosa (ribulosa) para producir 2 moléculas de 3 carbonos (gliceraldehido 3 fosfato) d. Catalasa, glucosa oxidasa, deshidrogenasa y peroxidasa d. La Ureasa d. La Catalasa y la Peroxidasa eliminan el peróxido, pero en diferentes células, en animales y vegetales respectivamente c. La Deshidrogenasa a. La B-glucosidasa

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