Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Bioquímica de la Nutrición Unidad 4 Micronutrientes Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 2 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Vitaminas y minerales Micronutrientes Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 3 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Índice Presentación ........................................................................................................... 4 Competencia específica .......................................................................................... 5 Logros ..................................................................................................................... 5 4.1 Vitaminas ........................................................................................................... 6 4.1.1 Clasificación .............................................................................................. 7 4.1.2 Vitaminas hidrosolubles ............................................................................. 8 4.1.3 Vitaminas liposolubles ............................................................................. 14 4.2 Minerales ......................................................................................................... 22 4.2.1 Clasificación ............................................................................................ 22 4.2.2 Macroelementos ...................................................................................... 23 4.2.3 Microelementos ....................................................................................... 26 4.2.4 Electrolitos ............................................................................................... 30 4.3. Agua ............................................................................................................... 31 4.3.1 Estructura e importancia biológica ........................................................... 31 4.3.2 Volumen y distribución de agua corporal ................................................. 37 Cierre de la unidad ................................................................................................ 40 Actividades ............................................................................................................ 41 Fuentes de consulta .............................................................................................. 42 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 4 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Presentación Bienvenidos a la unidad 4, la última de esta asignatura, ya hemos revisado las características de los macronutrientes y las funciones que realizan en nuestro organismo. Ahora revisemos a los micronutrientes vitaminas y minerales que aunque son requeridos en cantidades pequeñas son sumamente importantes para el mantenimiento del equilibrio en cada una de las reacciones celulares que se realizan, nos haremos las mismas preguntas ¿Cuáles son? ¿Para qué sirven? ¿Cuál es su importancia? ¿En qué procesos biológicos intervienen y de qué manera? También revisaremos el tema del agua que es el medio en el que se realizan todas las reacciones químicas de nuestro cuerpo y que su exceso o deficiencia también tiene repercusiones en la dinámica interna de cada órgano y aparato Comienza a revisar esta unidad, verás que es muy interesante ligar a estos micronutrientes con casos prácticos y ejemplos comunes que tu docente en línea propondrá. Cada elemento de los micronutrientes son fundamentales para la vida, te darás cuenta que están contenidas en alimentos que consumimos todos los días. Espero que disfrutes y asimiles el contenido de esta unidad. Estructura de la unidad 4. Vitaminas Clasificación Vitaminas liposolubles Vitaminas hidrosoluble s Minerales Clasificación Macroelementos Microelementos Electrólitos Agua Estructura e importancia biológica Volumen y distribución de agua corporal Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 5 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Competencia específica Reconoce la importancia biológica del agua y los micronutrientes, por medio de su estructura y función, para reafirmar su relevancia en la dieta. Logros Describe la importancia de las vitaminas, agua y minerales en la dieta Reconoce la función y estructura de los micronutrientes Identifica el metabolismo de los micronutrientes Describe la estructura, importancia biológica, volumen y distribución del agua corporal Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 6 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 4.1 Vitaminas Cuando los científicos buscaban identificar el “Factor accesorio de los alimentos” que estaba presente en el arroz para prevenir el berri-beri [conjunto de enfermedades causadas por la deficiencia de vitamina B1 (tiamina)], desconocían que estas sustancias eran comunes en casi todos los alimentos. En 1906 el investigador Frederick Gowland Hopkins demostró que en la leche existía un factor distinto al del arroz, siendo este el inicio de una serie de descubrimientos de estos factores en diferentes alimentos, como las levaduras o mantequilla. Debido a esta escalada de descubrimientos se hizo necesario elaborar una clasificación. Eran tantos estos compuestos que se comenzó a adoptar un sistema de letras. Una vez agrupadas en letras, se clasificaron en trece grupos, con subgrupos. Posteriormente se identificó que todas tenían en común una propiedad: se disolvían en agua o en grasas. A partir de esta propiedad de solubilidad se clasificaron en hidrosolubles y liposolubles. Las vitaminas son sustancias orgánicas complejas, biológicamente activas e indispensables para regular los procesos metabólicos del organismo a través de sistemas enzimáticos. Originalmente su nombre fue construido por la raíz Vit-Amina Vita, se refiere a la vida y las aminas son compuestos orgánicos que se componen de tres átomos de hidrogeno y un nitrógeno. No son fármacos y no tienen valor energético, sin embargo, su carencia en la alimentación provoca alteraciones en el metabolismo corporal. El organismo es incapaz de producirlas, por lo cual es necesario consumirlas mediante la dieta, en pequeñas cantidades comparadas con los demás nutrientes, lo que las hace nutrientes esenciales. Las podemos encontrar en productos animales y vegetales. Las vitaminas tienen diferentes estructuras químicas, muy heterogéneas, con peso molecular que van desde los 122 para la niacina hasta los 1.355 para la cianocobalamina. Son sensibles a diferentes estímulos químicos o físicos. Por ejemplo, la vitamina C es afectada por la luz, la oxidación, el calor, la humedad. La tiamina es sensible a la luz y el calor. Y la niacina es una de las menos sensibles. Algunas vitaminas tienen estructuras muy parecidas con otros nutrientes, por ejemplo, la vitamina C es muy similar a los azúcares, la vitamina D se parece con las hormonas esteroides, la vitamina B12 con las porfirinas, entre otras. La absorción de vitaminas se lleva a cabo por medio de: • Transporte activo. Se realiza contra un gradiente de concentración e implica un gasto de energía en forma de ATP. • Difusión facilitada. Se lleva a cabo por el transporte de membrana. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 7 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 • Difusión pasiva. No implica gasto de energía en forma de ATP, transportándose al interior de las células del intestino Una vez en el torrente sanguíneo circulan libremente unidas a proteínas, unidas a proteínas específicas o unidas a lipoproteínas plasmáticas. 4.1.1 Clasificación Se consideran trece vitaminas las cuales se dividen en dosgrupos dependiendo de su solubilidad en agua o en solventes orgánicos: Vitaminas hidrosolubles Incluye a la vitamina C y todas las del complejo B, haciendo un total de 9 vitaminas las que conforman este grupo. Presentan una estructura diferente entre ellas, pero comparten la propiedad de ser moléculas polares y solubles en agua. Presentan una acción coenzimática similar, a excepción de la vitamina C que es una hexosa la cual se comporta como un agente de transferencia electrónica. Debido a su solubilidad en agua no se almacenan en el organismo, el exceso se elimina por lo que se deben suministrar regularmente en la dieta. Aunque hay 2 excepciones: la vitamina B12 y la vitamina C (las cuales abordaremos más adelante). Todas las vitaminas del complejo B tienen la función de ser coenzimas en diversas reacciones enzimáticas, pero carecen de capacidad energética por lo que no generan ATP por si solas. Vitaminas liposolubles Son moléculas hidrófobas y apolares que requieren de la digestión y absorción adecuada de grasas para ser asimiladas. Las cuatro vitaminas que conforman este grupo están relacionadas entre sí por que se sintetizan a través de la ruta del colesterol. Se almacenan en el hígado por semanas o hasta meses, no se absorben, no se excretan fácilmente, por lo que su ingesta en suplementos debe ser cuidadosa sobre todo la vitamina A y D que pueden ser tóxicas. Requieren la presencia de grasa o sales biliares para ser absorbidas, sobre todo en ciertos tejidos orgánicos, principalmente en el hígado. Debido a esto, no se excretan rápidamente, su dosificación deberá ser distinta a las hidrosolubles considerando las características mencionadas en los puntos anteriores. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 8 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Se absorben en intestino con ayuda de grasas y sales biliares, para que posteriormente el sistema linfático las transporte a los tejidos donde ejercerán su efecto. En épocas de calor no conviene administrar dosis masivas de estas vitaminas. Ahora revisemos más detalladamente cada una de ellas. 4.1.2 Vitaminas hidrosolubles Vitamina C o ácido ascórbico Los compuestos con actividad de vitamina C son: el ácido ascórbico y el ácido dehidroascórbico (en ambos sólo la forma L). Es un antioxidante hidrosoluble que no es sintetizado por el hombre. En los alimentos suele estar presente en su forma oxidada (ácido dehidroascórbico), el cual también posee actividad como vitamina La forma activa es el ascorbato, que participa como coenzima de la prolina y lisina hidroxilasas que catalizan reacciones de hidroxilación en la síntesis de colágeno. También actúa como coenzima de la dopamina b-hidrolasa que participa en la síntesis de adrenalina y noradrenalina. La vitamina C también actúa como un poderoso agente reductor, reduciendo el Fe3+ a Fe2+ en el intestino, lo que permite su absorción y disminuye el riesgo de anemia. Actúa como antioxidante al inactivar los radicales de oxígeno librea que dañan las membranas lipídicas, las proteínas y el ADN. Sobre su metabolismo esta vitamina se absorbe en el intestino delgado, lo que depende de su concentración en sangre, cuando la concentración esta disminuida la absorción puede ser total. Ya en el torrente sanguíneo se encuentra libre sin unir a ningún tipo de proteína, aumentando su concentración. El cuerpo humano puede almacenar al interior de las células un máximo de 3 g, con ingestas superiores a 0,2 g/día. El exceso de ácido ascórbico y sus principales metabolitos son excretados por orina, en forma de oxalato pero puede ser eliminado como ácido ascórbico si la ingesta es alta. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 9 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Se obtiene principalmente de los cítricos, tomates y vegetales verdes. Complejo B Las vitaminas del complejo B se agrupan de esta forma porque las enfermedades debidas a su carencia suelen ser múltiples y las fuentes alimentarias de donde se obtienen son las semejantes. Vitamina B1 o tiamina La tiamina o aneurina, o vitamina antineurínica es el compuesto natural con actividad como vitamina B1. Sus funciones biológicas principales son coenzima en el metabolismo de los hidratos de carbono y la forma tiamina trifosfato en la neurotransmisión. Su forma activa es el pirofosfato de tiamina (TPP) que se forma por la transferencia de un grupo pirofosfato del ATP a la tiamina. Esta forma activa actúa como cofactor de enzimas claves: piruvato deshidrogenasa, a-cetoglutarato deshidrogenasa que participan en el ciclo de Krebs, transcetolasa que participa en la ruta de las pentosas fosfato. Es absorbida de forma activa en el duodeno y yeyuno, distribuyéndose hacia todo el organismo, concentrándose en hígado, cerebro, riñones y corazón, sin llegar a almacenarse, se excreta por orina en forma de metabolitos pirimidínicos y tiazólicos y en excreciones elevadas como tiamina propiamente. Se obtienen de diversos alimentos como los cereales integrales, hígado, cerdo, productos lácteos y legumbres. Vitamina B2 o riboflavina Esta vitamina tiene dos formas activas: la flavina mononucléotido (FMN) y la flavina adenina dinucleótido (FAD). Esta vitamina se destruye por acción de la luz ultravioleta. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 10 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 La riboflavina actúa como componente de dos flavín-coenzimas: flavín mononucleótido o riboflavina-5-fosfato (FMN) y flavina adenina dinucleótido (FAD), que catalizan diversas reacciones de oxido-reducción. Las enzimas que requieren riboflavina son la oxidasa FMN relacionada con la conversión de piridoxina y la hidrolasa dependiente de FAD, relacionada con la conversión de triptófano en niacina. Esta vitamina es parte importante de la vía para obtener ATP a partir de la glucosa y ácidos grasos. Esta vitamina se absorbe en la primera porción del intestino delgado y es transportada por la albúmina y otras proteínas plasmáticas, almacenándose en pequeñas cantidades en hígado, bazo y riñón y músculo cardiaco. Es excretada por orina y heces . Las fuentes alimenticias donde se encuentran principalmente son el huevo, el hígado y la leche. Vitamina B3 Niacina o ácido nicotínico (PP por protector de la pelagra) Es una vitamina que se sintetiza a partir del triptófano, para sintetizar esta vitamina se requiere de tiamina, riboflavina y piridoxina como cofactores. Tiene dos compuestos activos, el ácido nicotínico y la nicotinamida. Es componente de dos coenzimas: nicotinamida adenín dinucleótido (NAD) y nicotinamida adenín dinucleótido fosfato (NADP), que participan en numerosos procesos metabólicos, incluidos glucolisis, metabolismo de los ácidos grasos y respiración Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 11 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 tisular. El NAD también se requiere para la reparación del ADN dañado por la luz UV en áreas de piel expuesta. Se absorbe rápidamente en el intestino se excreta hasta el 60 % de los metabolitos de niacina por riñón. Las fuentes alimenticias en las que se encuentra son la carne el pescado y los cereales integrales. Vitamina B5 o ácido pantoténico Los compuestos activos son: el ácido pantoténico y el pantotenol Es componente de la coenzima A y del ácido graso sintetasa, que son fundamentales en la glucogénesis, en la síntesis y degradación de ácidos grasos, en la síntesis de esteroides y en reacciones de acilación. Se absorbe y acumula en músculo en forma de CoA, se excreta por orina y heces de acuerdo a la cantidad de vitamina en el organismo. Está ampliamente distribuido en los alimentos, principalmente entejidos animales, granos de cereal completos y legumbres y en pequeñas cantidades en leche, vegetales y frutas Vitamina B6 o piridoxina Existe en tres formas activas: piridoxina, pirioxidal y priridoxamina. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 12 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Estos tres compuestos químicos son metabólica y funcionalmente distintos, son convertidas en el hígado, eritrocitos y otros órganos en piridoxal fosfato (PLP) y piridoxamina fosfato (PMP). El piridoxal fosfato (PLP) que forma parte de muchas enzimas como la aminotransferasa y la serina deshidratasa que participan en el metabolismo de los aminoácidos; de la ALA sintasa que participa en la síntesis del hemo, de la glucógeno fosforilasa que participa en la conversión del triptófano en niacina. Es absorbido en el yeyuno donde son fosforilados y las formas PNP y PMP son oxidadas a PLP, que está presente en el plasma como complejos PLP-albúmina y en los eritrocitos en asociación con la hemoglobina, se elimina principalmente por orina en forma de ácido 4- piridóxico. Las fuentes alimentarias en las que lo encontramos son pollo, pescado, riñón, hígado, carne de cerdo y huevos, también en arroz entero, la soja, la avena, trigo, cacahuetes y nueces. Vitamina B8 o Biotina El compuesto con actividad de vitamina B8 es la biotina, también llamada vitamina H, contiene azufre, y una cantidad significativa es sintetizada por las bacterias en el intestino Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 13 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Actúa como coenzima al unirse a residuos de lisina en las enzimas carboxilasas que participan en reacciones de carboxilación, como la piruvato carboxilasa que participa en la gluconeogénesis, la acetil CoA carboxilasa que participa en la síntesis de ácidos grasos y la propinil CoA carboxilasa que participa en la -oxidación de los ácidos grasos. La biotina es un transportador activado de CO2 y en el metabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada. Esta vitamina se encuentra en la mayoría de los alimentos, especialmente en la yema de huevo, en levaduras y nueces Vitamina B9 o ácido fólico También llamado vitamina M, vitamina Bc y factor Lactobacilo, es el ácido pteroil- monoglutámico (PGA), compuesto con actividad como vitamina B9. Su forma activa es la 5, 6, 7, 8 -THF, que está implicada en la transferencia de unidades monocarbonadas. El folato se absorbe en el duodeno y yeyuno, almacenándose en el hígado. El folato participa en la síntesis de aminoácidos, de purinas y timidina. Todas las unidades monocarbonadas de THF son interconvertibles excepto el N5-metil-THF; el THF no puede liberarse de él, quedando atrapado en forma de metil-folato. Para reformar el THF se requiere de metionina dependiente de la vitamina B12, en la denominada vía de recuperación de la metionina. Se obtiene principalmente de los vegetales verdes, de los cereales integrales y del hígado. Vitamina B12 o cobalamina Los compuestos activos de vitamina B12 son las cobalaminas. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 14 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Esta vitamina tiene dos formas activas; la desoxiadenosilcobalamina y la meticobalamina. La vitamina B12 es liberada en el estómago y se liga a un transportador glucoproteíco que es producido por las células epiteliales gástricas. El complejo B12 se liga a los receptores de las células de la mucosa del íleon terminal, donde es absorbida y transportada a los tejidos, unida a la transcobalamina II. La B12 se almacena en hígado. La vitamina B12 es un transportador de grupos metilo y sirve como coenzima de dos enzimas: la metilmalonil CoA mutasa en su forma de desoxiadenosilcobalamina, la cual participa en la degradación de los ácidos grasos de cadena impar. Y la homocisteína metil transferasa en su forma de metilcobalamina, que participa en la síntesis de metionina. Esta reacción también regenera el tetrahidrofolato (THF) a partir del metil-THF. Se obtiene exclusivamente de fuentes animales, como la carne el hígado y los lácteos, por lo que los vegetarianos estrictos están en grandes riesgos de déficit. 4.1.3 Vitaminas liposolubles Vitamina A Al igual que casi todas las vitaminas conocidas, es una sustancia esencial que no podemos sintetizar en el organismo y es por eso que debe ingerirse a través de la dieta. Los compuestos naturales con actividad de vitamina A son el retinol, retinaldehído y ácido retinoico, que en conjunto se denominan retinoides. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 15 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 El retinol se absorbe en forma a través de la membrana intestinal y se esterifica a ácidos grasos de cadena larga, formando ésteres retinil. Son acoplados en quilomicrones y transportados al hígado para ser almacenados. Cuando el retinol es requerido se libera y transporta por medio de una proteína fijadora. El retinol puede oxidarse a otras formas activas, como el ácido retinoico y retinal. El -caroteno se absorbe en el intestino en donde se transforma a retinal. Estas tres formas activas de la vitamina A, tienen diversas funciones. El ácido retinoico se liga a la cromatina dentro del núcleo para incrementar la síntesis de proteínas que controlan el crecimiento celular y la diferenciación de las células epiteliales. El ácido retinoico actúa como una hormona típica esteroidea. Por su parte, el retinal en su forma 11-cis retinal se liga a la opsina, para formar rodopsina, que es el pigmento que se encuentra dentro de los bastones de la retina implicados en la visión y en la adaptación del paso de oscuridad a la luz. La luz de baja intensidad activa una serie de reacciones fotoquímicas que activan la rodopsina convirtiéndola en trans retinal, que desencadena un impulso nervioso que va desde el nervio óptico hasta el cerebro. El -caroteno tiene una función antioxidante, que en conjunto con las vitaminas C y E, ayudan a disminuir el riesgo de cardiopatía y cáncer. Los retinoides y carotenoides de los alimentos están asociados a los glóbulos de grasa, posteriormente por acción de la bilis se organizan con las micelas para facilitar su absorción. El retinol absorbido es incorporado a los quilomicrones y los β -carotenos son convertidos en retinol en la mucosa intestinal. Es absorbido es almacenado en el hígado y los carotenoides lo hacen en tejido adiposo y adrenales. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 16 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Es degradado en el hígado y eliminado a través de la bilis y vías urinarias. El retinol lo encontramos en el hígado y los aceites de hígado de pescado, leche entera o fortificada y huevos. Los carotenoides se encuentran en vegetales (zanahoria o espinaca). Vitamina D3 o colecalciferol Es un derivado del colesterol que se sintetiza en la piel a través de la acción de la luz solar de una longitud de onda 290-310nm. La exposición de la piel a la luz ultravioleta cataliza la síntesis de vitamina D3 (colecalciferol) a partir de 7-dehidrocolesterol. Los principales compuestos relacionados con la vitamina D son: formado en el hígado y posteriormente hidroxilado en el riñon a 1,25-dihidroxivitamina D y 24,25-dihidroxivitamina D. El colecalciferol sufre dos reacciones de hidroxilación, el 25-hidroxivitamina D o calcidiol formada en el hígado y la segunda en el riñón para producir la forma activa 1,25- dihidroxicolecalciferol o calcitriol que se almacena en hígado. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 17 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 La forma activa de la vitamina D tiene tres principalesfunciones para controlar la homeostasis de calcio: • aumenta la concentración de calcio en el plasma, • incrementa la captación de Ca2+ y fosfato inorgánico desde el intestino • incrementa la reabsorción de calcio en el riñón e incrementa la resorción ósea. La vitamina D es la más toxica de todas las vitaminas, ya que niveles elevados de esta, puede causar un incremento en la absorción de calcio y de la resorción ósea, resultando hipercalcemia y deposición de Ca2+ en los órganos metabolizándose lentamente. La vitamina D de la dieta es absorbida en duodeno y yeyuno, y transportada en quilomicrones y lipoproteínas al hígado, donde es transformada en 25(OH) vitamina D la cual se acumula fundamentalmente en el tejido adiposo. La activación de la vitamina D a 1,25-dihidroxivitamina D se produce en riñón. La principal fuente de esta vitamina suelen ser los alimentos fortificados, además de la leche, los huevos y mantequilla Vitamina E o tocoferol De manera natural se presentan ocho tocoferoles, organizados en dos grupos principales con actividad vitamina E: los tocoferoles (α, β, γ y δ), que difieren en el número y posición de los grupos metílicos en el anillo; y los tocotrienoles, que presentan posiciones insaturadas en la cadena, siendo la forma más activa el α-tocoferol. Su absorción es ineficaz, una vez que el tocoferol ingresa al organismo es transportado en la sangre por las lipoproteínas a través de los quilomicrones que transporta la vitamina E hacía hígado. Desde el hígado se transporta en las proteínas de baja intensidad (VLDL) y se almacena en tejido adiposo. Cualquier disfunción de las lipoproteínas puede producir un déficit de vitamina E, su distribución en el organismo parece estar en relación a la cantidad de grasa presente en los diferentes tejidos. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 18 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Esta vitamina tiene una función antioxidante que evita la oxidación de los componentes celulares por radicales libres, como los ácidos grasos poliinsaturados que alteran la estructura de las membranas celulares y la integridad celular. Esta vitamina se obtiene a través de los alimentos, principalmente de los aceites vegetales, como el aceite de germen, de trigo, de nueces y vegetales verdes Vitamina K Vitamina K es el nombre de un grupo de compuestos que contienen 2-metil-l,4- naftoquinona. La mayor parte de esta vitamina es sintetizada por la flora bacteriana normal del yeyuno y e íleon lo cual no es suficiente para cubrir los requerimientos del organismo por lo que debe ser suplementada en la dieta, cuando es absorbida se transporta en quilomicrones hacia el hígado, donde se distribuye al organismo y también se almacena. Sus metabolitos son excretados a través de la bilis. Esta vitamina actúa como coenzima para la -carboxilación de diversos factores que participan en la coagulación (II, VII, IX y X) activándose a través de la cascada de coagulación. En los huesos y riñón realiza una carboxilación idéntica de las proteínas que Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 19 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 pueden formar puentes con el calcio, lo que las relaciona con la cristalización de la matriz ósea y en la formación de fosfolípidos. Se obtiene a través de diversos alimentos como los vegetales verdes, yema de huevo, hígado y los cereales Hemos revisado cada una de las vitaminas y sus funciones, las siguientes tablas muestran en forma resumida, la función de cada una de ellas y las fuentes alimentarias en las que las encontramos Tabla 1. Principales funciones de las vitaminas Vitaminas Acción H id ro s o lu b le s Vitamina C Es un antioxidante natural. Retrasa el envejecimiento y las enfermedades asociadas. Protege las membranas del sistema circulatorio, particularmente las de los vasos sanguíneos. Vitamina B1: (Tiamina) Favorece la transformación de los azucares, la metabolización del oxígeno y actúa sobre el sistema nervioso central. Es cofactor de 24 enzimas, participa en la síntesis de proteínas y de ácidos grasos. Vitamina B2: (Riboflavina) Ayuda a transformar los alimentos en energía mediante la absorción de grasas, proteínas y carbohidratos. Vitamina B3 (niacina) Participa en el procesamiento de grasa corporal, reduce los niveles de colesterol y regula la cantidad de azúcar en sangre. Participa como coenzima del metabolismo energético (NAD, NADP) y en reacciones de óxido-reducción, así como en síntesis de lípidos. Vitamina B5 (ácido pantoténico) Participa en procesos celulares y el mantenimiento óptimo de grasa corporal. Vitamina B6 (Piridoxina) Participa en el crecimiento, reproducción y conservación de las células. Alivia los síntomas de la menopausia. Es coenzima de múltiples reacciones, participa de la síntesis de serotonina, GABA, noradrenalina y adrenalina. Vitamina B8 Interviene en la formación de glándulas que generan las hormonas y en la formación de la dermis. Vitamina B9 (Ácido fólico) Es fundamental para el crecimiento, regeneración y adecuado funcionamiento de la medula ósea. Vitamina B12 (Cobalamina) Contribuye al desarrollo del Sistema Nervioso Central además de favorecer la eritropoyesis, el crecimiento de la medula ósea y el funcionamiento correcto del tracto gastrointestinal. L ip o s o lu b le s Vitamina A (retinol) Participa en la formación, mantenimiento de los huesos, la piel y los dientes por lo que resulta ser totalmente esencial para el organismo humano. Participa en la pigmentación visual, mantenimiento de las membranas Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 20 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Vitaminas Acción celulares, estabilidad de los epitelios, el crecimiento óseo y la inhibición de promotores tumorales. Vitamina D (calciferol) Participa directamente en la absorción del Calcio y el Fósforo en intestino, fundamentales para el crecimiento y fortalecimiento de los huesos. Además de facilitar la reabsorción ósea Vitamina E (es un grupo de 8 vitaminas) Sus funciones están asociadas a la fertilidad y la formación de tejidos, debido a que participa en la formación de células masculinas y de los óvulos. Antioxidante de membranas lipídicas, de vitamina A. Así mismo se utiliza como suplemento de cremas antiarrugas por su capacidad antioxidante para desactivar radicales libres causantes de las marcas de envejecimiento. Vitamina K (fitomenadion a) Tiene funciones asociadas a la coagulación, por lo cual es conocida como vitamina antihemorrágica. Activa los factores de coagulación II, VII, IX y X, por gamacarboxilacion del ácido glutámico en péptidos precursores. Tabla 2. Fuentes alimentarias Vitaminas Fuente alimenticia H id ro s o lu b le s Vitamina C Naranja, limón, melón, papaya, fresa, frambuesa, mandarina, espinacas, la col cruda, mango, lima, coliflor, ciruela, guayaba, grosella negra, pimiento rojo, perejil, kiwi, brócoli, grosella, col de Bruselas. Vitamina B1 (Tiamina) Germen de trigo, alubias, levadura de cerveza, hígado, carne de cerdo y riñones, pan integral, pescado, leche y derivados Vitamina B2 (Riboflavina ) Hígado, quesos, yogurt, setas, carne, leche, levadura seca, huevos y pescado, pan integral, cereales y verduras cocidas. Vitamina B3 (niacina) Hígado, pollo, ternera, tocino, jamón serrano, pez espada, esturión, bacalao, salmón, tomates secos, cordero, salchichón, jamón cocido, carne magra de cerdo, puré de patatas, chuletas de cerdo, langostinos, extracto de levadura, anchoas en conserva, atún, hígado, pimentón, cacahuates, salvado de trigo. Vitamina B5 (ácido pantoténico ) Hígado de pollo, caviar, salvado de arroz,girasol, suero de lactosa en polvo, setas, queso, lentejas, judías, salvado de trigo, tomates secos, salmón, garbanzos, aguacates, yogurt, maíz, papas, coliflor, huevo, brócoli, col de Bruselas, pistachos, espinacas, cacahuates, plátano. Vitamina B6 (Piridoxina) Hígado, germen de trigo, levadura seca, carne, riñones, legumbres, pescado, coliflor, huevos, judías verdes, plátanos y pan integral. Vitamina B8 Yema de huevo, en levaduras y nueces. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 21 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Vitaminas Fuente alimenticia Vitamina B9 (Ácido fólico) Berros, espinacas, zanahorias, frutas, hígado, pepinos, queso, riñones, carne, huevos y pescado Vitamina B12 (Cobalamin a) Leche, huevo, riñones, hígado, carnes y pescado, específicamente en almejas, hígado de cordero, caviar, mejillones, pulpo cocido, ostras, pulpo crudo, cereales, caballa, arenque, salmón, cangrejo, atún, bacalao, sardinas, trucha, pescado azul, ternera, espalda de cordero, langosta, queso suizo, queso mozzarella, parmesano, huevos. L ip o s o lu b le s Vitamina A (retinol) Hígado, papas dulces, zanahorias, col rizada, guisantes, nabos, calabaza, hojas de mostaza, perejil seco, diente de león, harina de avena, espinacas, albahaca seca, mejorana seca, lechugas de hojas verdes o rojas, orégano, coles, melones, papaya, mangos, melocotones. El -caroteno en verduras verdes, amarillas o naranjas, es el precursor del retinol. Vitamina D (calciferol) Leche, yema de huevo, atún, sardina, hígado, múltiples cereales, queso. Y con la exposición solar se favorece la producción endógena de calciferol. Vitamina E (es un grupo de 8 vitaminas) Espinacas cocidas, pistaches, pimientos, kiwis, espárragos, nueces, calabaza, brócoli, mango, tomates, cacahuetes, aceite de soja, albaricoque secos, aceitunas, aceite de germen de trigo, semillas de girasol, pimentón, almendras, aceite de linaza, avellanas, maíz, aceite de colza, piñones, albahaca, orégano. Vitamina K (fitomenadi ona) Ciruelas pasas, tomates secos, soja, apio, moras, arándanos, zanahorias, frambuesas, higos, albahaca, salvia seca, tomillo seco, col, diente de león, ajos tiernos, coles de bruselas, aceite de soja, clavo, brócoli, chile, espárragos, pepino, col. Al igual que el calciferol la vitamina K es de las pocas que se producen en el organismo y su función principal es la coagulación sanguínea Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 22 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 4.2 Minerales En la actualidad hay 119 elementos conocidos, de los cuales sólo algunos de ellos son fundamentales para el organismo: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y los minerales: calcio, fósforo, magnesio, sodio, potasio, cloro, azufre, hierro, manganeso, flúor, cobalto, yodo, cobre, cromo, zinc, arsénico, molibdeno, níquel y selenio. Estos micronutrientes se requieren en cantidades muy pequeñas, pero no por eso menos importantes, ya que son clave en todos los procesos metabólicos y procesos de crecimiento. 4.2.1 Clasificación Los minerales pueden subdividirse en: • Macroelementos por requerirse en la dieta un aporte mayor a 100 mg/día, en este grupo se ubican los electrolitos (calcio, fósforo, magnesio, azufre, sodio, cloro y potasio) • Microelementos en los que su aporte en la dieta debe ser menor a 100 mg/día (hierro, flúor, zinc, cobre y manganeso), en este grupo se ubican a los oligoelementos también conocidos como elementos traza de los que su aporte en la dieta debe menor a 1 mg/día (selenio, cobalto, silicio, cromo, yodo, molibdeno y níquel) La diferencia principal entre los macro y microelementos radica en las cantidades que se necesitan, es decir, el requerimiento de macrominerales es mayor de 100mg/día, mientras que el requerimiento de microminerales es menor de 100 mg/día. Tanto los minerales como los oligoelementos cumplen diferentes funciones en el organismo, participando en procesos tales como la formación de huesos, la producción de hormonas, la respuesta inmune, la regulación de diversos procesos metabólicos, forman parte de las reacciones químicas en las que intervienen enzimas, se encuentran también como iones disueltos en los líquidos corporales conservando el equilibrio ácido –base y la presión osmótica, entre otros. Por lo que su ingesta a través de los alimentos se vuelve de vital importancia para cumplir estos procesos y evitar deficiencias en el metabolismo o el desarrollo de diversas enfermedades. Para su estudio en esta unidad los dividiremos en macroelementos, microelementos y electrolitos y revisaremos de manera muy general cómo participan algunos de estos minerales en el metabolismo. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 23 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 4.2.2 Macroelementos Calcio El esqueleto de un adulto es el mayor depósito de calcio del organismo, que de los 1.200 g de calcio que contiene, el 99% está en los huesos, 50 % de los huesos está formado por minerales, compuesto por dos depósitos distintos de fosfato cálcico: la fase amorfa y la cristalina. El compuesto principal es la hidroxiapatita de calcio (Caio (P04)6(OH)2. El hueso está constantemente reconvirtiéndose en un proceso de formación (osteoblastos) y destrucción (osteoclastos). El restante 1 % del calcio del cuerpo que no está en los huesos se encuentra en fluidos extracelulares, en estructuras intracelulares, y en la membrana celular. Este calcio no esquelético participa en numerosas funciones como la contracción muscular, la acción de hormonas, la coagulación sanguínea, la transmisión del impulso nervioso, actúa como cofactor en muchas reacciones enzimáticas, intervienen en el metabolismo de glucógeno, mientras que el fósforo se requiere para la producción de ATP y otros intermediarios metabólicos fosforilados, participa en conjunto con el calcio en el mantenimiento de los huesos y dientes, también ayuda a mantener el pH de la sangre ligeramente alcalino. Los niveles de calcio circulantes se encuentran regulados por la absorción en el intestino y excreción por la orina, a través del riñón, dicha absorción del calcio se encuentra mucho más limitado y se absorbe con poca eficiencia a través del intestino. Los procesos de regulación del calcio se llevan a cabo a través de las hormonas paratiroidea y la vitamina D, que en la actualidad ya no se considera una vitamina, sino más Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 24 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 bien una hormona producida de forma endógena. Se deriva del colesterol como cualquier hormona. En presencia de luz solar se produce la cantidad necesaria de esta hormona. Los niveles de calcio en el organismo cambian de acuerdo a la edad, por ejemplo, los niños deben tener una ganancia neta de calcio para asegurar el crecimiento, los adultos sanos mantienen un equilibrio de lo que entra con lo que sale, sin embargo, los adultos mayores pueden tener pérdidas de calcio óseas que se traduce en osteoporosis, que se puede prevenir con la ingesta de calcio y vitamina D. La principal fuente de calcio en la dieta son los productos lácteos, aunque también puede provenir de cereales, vegetales verdes, alimentos fortificados con calcio, huesos blandos ingeridos con los alimentos (como los de pescados) y el agua. Fósforo El fósforo es un componente esencial de la fracción mineral del hueso, en el cual guarda una proporción 2:1 (Ca: P), el 85% del fósforo se encuentra en los huesos Los niveles de fósforo circulantes se encuentran regulados por la absorción en el intestino y excreción por la orina, a través del riñón. El fósforo en la dieta es habitualmente abundante y suabsorción en el intestino no tiene límites ya que es absorbido por diversos mecanismos: 1. En forma de complejo cálcico dependiente de vitamina D. 2. En forma de complejos no cálcicos también dependientes de vitamina D. 3. En complejos no cálcicos no dependientes de vitamina D. En los tejidos blandos se encuentra como ion soluble de fosfato en lípidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos en forma de puentes éster o anhidro; y en enzimas como modulador de su actividad. Tienen un papel fundamental en los procesos metabólicos principalmente en los puentes fosfato del adenosín trifosfato (ATP), fosfato de creatina y compuestos similares. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 25 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Se encuentra prácticamente en todos los alimentos, sobre todo en aquellos productos que son procesados. Magnesio Numerosos procesos bioquímicos y fisiológicos son modulados por el magnesio, en forma de complejo Mg-ATP2+ (el magnesio estabiliza el ATP) Actúa como regulador de la estructura de los ribosomas, participa en el transporte de membranas, síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, participa en la generación y transmisión del impulso nervioso, así como en la contracción muscular y cardiaca, participa en la síntesis y utilización de compuestos ricos en energía, interacciona con el calcio para afectar la permeabilidad de las membranas excitables y la transmisión neuromuscular, el magnesio es necesario para la formación de nucleótidos difosforilados (NAD) y trifosforilados (NADP), en la formación de flavin nucleótidos (FMN y FAD). El magnesio se liga al ATP, formando el complejo magnesio-ATP que es sustrato de enzimas como las cinasas. Una de las funciones más importantes del Mg es la de constituir complejos con los fosfolípidos que estabilizan las membranas plasmáticas, integridad de las mitocondrias, lisosomas, polisomas, cromosomas, del ARN y ADN. Es un regulador esencial en el ciclo celular y tiene un papel importante en la coordinación del metabolismo. Las mayores concentraciones de magnesio se encuentran en semillas enteras, como nueces, legumbres y granos no molidos ya que más del 80% del magnesio se pierde por eliminación del germen y cascarilla de granos de cereal. Los vegetales verdes, el pescado, la carne y la leche lo contienen en menores cantidades. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 26 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 4.2.3 Microelementos Hierro El hierro es indispensable al formar parte de diversos compuestos como el núcleo de la hemoglobina y mioglobina y de enzimas oxidativas. 70 % del hierro del organismo está formando parte de moléculas de hemoglobina y mioglobina, y el restante 30 % se encuentra almacenado en forma de ferritina y hemosiderina, principalmente en el bazo, hígado y médula ósea. El hierro participa prácticamente en todos los procesos de oxidación – reducción, forma parte de las enzimas del ciclo de Krebs, en la respiración celular y como transportador de electrones en los citocromos. Participa en la eritropoyesis, en el transporte de oxígeno y formación de ADN, también forma parte de otras enzimas como catalasas, peroxidasas y oxigenasas que están involucradas en mantener la integridad celular. El hierro participa como cofactor o grupo prostético de varias enzimas, como grupo hemo en la hemoglobina, la mioglobina y en su forma iónica en la transferrina. Por otro lado, la hemosiderina y la ferrintina tienen una función de reserva de este mineral. Los requerimientos de hierro dependerán de la edad y de los cambios fisiológicos. El primer año de vida requiere grandes cantidades de este mineral, debido a que el niño debió haber triplicado su peso y duplicado el hierro corporal. En la adolescencia se produce nuevamente un incremento de las demandas de hierro como consecuencia del crecimiento acelerado, siendo mayor en las mujeres debido a las pérdidas menstruales. Durante la edad fértil, el embarazo y lactancia, también los requerimientos se incrementan. El metabolismo del hierro incluye una serie de importantes procesos, como la regulación, absorción del hierro intestinal, el transporte de hierro a las células, el almacenamiento de Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 27 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 hierro, la incorporación de hierro a las proteínas y el reciclado del hierro tras la degradación de eritrocitos. En condiciones normales, al no haber mecanismos de excreción de hierro activo, la homeostasis de hierro se controla estrictamente a nivel de absorción intestinal. Flúor El flúor es requerido en el organismo en cantidades similares a las del hierro. La mayor parte del flúor corporal se encuentra en los huesos en forma de fluorapatito. Su importancia radica en la conservación de la dureza del esmalte dental y contribuye a mantener estable la matriz mineral ósea. Esa sal de flúor constituye puntos o núcleos de cristalización mineral. El flúor es más resistente a la acción de los ácidos metabólicos que los hidróxidos a los que sustituye en la matriz dental. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 28 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 La absorción del flúor varia de 40 a 100% de lo aportado en la dieta y en casi todos los líquidos corporales y tejidos blandos se encuentra en forma orgánica e inorgánica. El exceso de este mineral se elimina por orina. La fuente principal de flúor proviene del agua de bebida, aunque el pescado y el té negro también también son buenas fuentes de este elemento Zinc Este mineral participa en la síntesis de ADN y ARN, por lo que la deficiencia de éste reduce la actividad de la oxitimidinquinasa que impide la incorporación de timidina en el ADN. Esta alteración del metabolismo se traduce en trastornos de reproducción celular y síntesis proteica, con retardo en el crecimiento y trastornos en aquellos sistemas donde el recambio celular es alto como la mucosa gastrointestinal, piel y áreas de cicatrización. Por otro lado, el zinc participa en el control de diversas enzimas que se encuentran ancladas a la membrana celular y que controlan la estructura y función de esta, como la adenosintrifosfatasa (ATPasa) y la fosfolipasa A2. El zinc también antagoniza la activación de la calmodulina por el calcio, la cual controla la función del citoesqueleto. Muchos tipos de células que son activadas por el calcio son inhibidas por el zinc, por ejemplo, el zinc inhibe la liberación de histamina por los mastocitos, la agregación plaquetaria y la fagocitosis por los neutrófilos. La deficiencia de zinc, se puede presentar también por malabsorción, enfermedad renal crónica, cirrosis del hígado, perdida de fluidos intestinales o por acromatitis enteropática que es un defecto genético. Los síntomas clínicos por deficiencia son diversos, como retardo en el crecimiento, anorexia, letargia mental, hipogonadismo en el varón, lesiones en la piel, infecciones recurrentes, alopecia etc. Son fuentes de zinc los productos marinos, la carne y los cereales. Cobre Es esencial en las reacciones de transferencia electrónica, forma parte de las cuproenzimas, en las cuales el metal está unido a residuos de aminoácidos específicos, que participan en diversos procesos de respiración mitocondrial, metabolismo de neurotransmisores y melaninas, homeostasis del hierro, protección antioxidante, amidación de glicinil-péptidos para biosíntesis de neuropeptidos y formación de tejidos conectivos. El cobre también está vinculado a la biosíntesis de melanina y metabolismo de la dopamina. El cobre de la dieta se absorbe en el estómago y el duodeno, transportándose al hígado débilmente unido a la albumina. Una vez en elhígado, se incorpora a la glucoproteína Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 29 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 ceruloplasmina, que transporta el cobre a los tejidos en donde puede ser utilizado para la síntesis de otras enzimas que necesiten cobre. Este mineral normalmente se excreta por la bilis. La fuente más importante de cobre en la dieta es el hígado, le siguen los alimentos marinos, las nueces y las semillas Yodo Es esencial para el correcto funcionamiento de la glándula tiroidea, participa en la síntesis de las hormonas tiroideas, tiroxina y triyodotiroxina. El yodo contenido en los alimentos se encuentra predominantemente en forma de yoduro, se absorbe casi en su totalidad en el intestino delgado proximal y pasa al líquido extracelular, en donde la tiroides capta y concentra la mayor parte del yoduro del líquido extracelular. Este yoduro a su paso por el torrente sanguíneo se une a proteínas séricas, en especial a la albúmina; es captado por el riñón, la tiroides, las células gástricas, las glándulas salivales y la glándula mamaria lactante, que adquiere importancia en el recién nacido debido a que entonces puede sintetizar sus propias hormonas tiroideas. El yodo se elimina principalmente por el riñón a través de la orina y en menor cantidad por las heces. Los alimentos más ricos en yodo son de origen marino y la sal adicionada con yodo, seguidos de verduras, carnes y huesos, lácteos y cereales Selenio El selenio es un mineral que tiene su principal función en la actividad enzimática, además de ser parte de la estructura de proteínas y aminoácidos Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 30 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Su acción se relaciona con la vitamina E, debido a que tanto la glutatión peroxidasa como la vitamina E tienen una eficaz acción contra peróxidos y radicales libres. Se absorbe en el intestino, de donde es transportado por las VLDL y LDL, concentrándose especialmente en eritrocitos, hígado, bazo, corazón y uñas, se excreta principalmente por las vías urinarias, aunque también se excreta por sudor y por descamación epidérmica. 4.2.4 Electrolitos Los electrólitos son sustancias que se disocian en iones, los cuales pueden desplazarse en el seno de un campo eléctrico conduciendo la electricidad. Sodio, Potasio y Cloro – Funcionan en conjunto para regular la osmolaridad de los líquidos intra y extracelulares El sodio el principal catión del líquido extracelular y el principal regulador del volumen del LEC. Participa en la regulación de la osmolaridad, el balance ácido-base y el potencial de membrana de las células, es uno de los iones que participan en el transporte activo a través de la membrana celular y puede ser expulsado en intercambio con el potasio para mantener un adecuado potencial de membrana. Su regulación se realiza a partir de condiciones ambientales y su ingesta en la dieta mediante la acción de la hormona antidiurética. El potasio es el principal catión intracelular, aunque en menores cantidades también se encuentra en el plasma y el líquido intersticial donde tiene una gran importancia fisiológica, contribuyendo a la transmisión del impulso nervioso, al control de la contractilidad de la musculatura ósea y al mantenimiento de la presión sanguínea. El cloro es el principal anión inorgánico en los fluidos extracelulares. Es fundamental para mantener del fluido y el balance electrolítico y es un componente del jugo gástrico. La concentración de cloro en el plasma, en el líquido cefalorraquídeo y en las secreciones gastrointestinales es mayor que el que se encuentra en el interior de las células. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 31 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 4.3. Agua El agua es la sustancia más abundante en los sistemas biológicos y la mayoría de los seres vivos tiene una mayor composición corporal basada en el agua. El cuerpo humano tiene una composición corporal que oscila entre el cincuenta y el setenta por ciento de agua. Y aproximadamente el 60% de esta agua se encuentra al interior de las células. Muchas de las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en la célula o en los tejidos corporales utilizan o producen agua. La falta de este líquido puede ser la diferencia entre la vida y la muerte. Su estructura y propiedades químicas nos permiten comprender por qué es considerado el disolvente universal. 4.3.1 Estructura e importancia biológica El agua, es el componente mayoritario de todos los seres vivos, esto se debe a sus propiedades moleculares. El agua es un compuesto que por sus propiedades físicas y químicas es fundamental para los procesos biológicos. Cuando se encuentra en su forma líquida es capaz de disolver una gran variedad de solutos. Es por esto que se conoce como el disolvente universal por excelencia. Esta propiedad es muy útil ya que una gran cantidad de biomoléculas se clasifican por su solubilidad en agua. Previamente ya vimos que las vitaminas se clasifican en dos grandes grupos: hidrosolubles o liposolubles. Una característica por la cual la estudiaremos es porque la molécula de agua interviene en casi todas las reacciones químicas de la célula. Esto es posible ya que la mayor parte de las reacciones bioquímicas se desarrollan en un medio acuoso. Es una molécula polar ya que tiene un polo positivo y uno negativo que le permiten interactuar con una amplia gama de elementos. Lo anterior se debe a que su geometría no es lineal, ya que los dos enlaces de hidrogeno forman un ángulo de 104.5°, lo cual le Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 32 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 confiere una asimetría electrónica o una distribución en la que los electrones se agrupan alrededor del oxígeno y el hidrogeno queda parcialmente sin electrón. El enlace que forma es un puente de hidrogeno, el cual es relativamente débil comparado con un enlace covalente. Esta estructura permite que cada molécula de agua establezca enlaces parciales con otras cuatro moléculas de agua vecinas, formando así una red de enlaces parciales, o puentes de hidrogeno. El agua disuelve biomoléculas, sustancias iónicas, polares o moléculas sin cargas. Esta propiedad le brinda la etiqueta de disolvente universal. Así podemos identificar compuestos o moléculas hidrofilicas, debido a su composición química y su carga. Los compuestos iónicos y los polares son más afines a ser disueltos por el agua. Es por estas propiedades Las moléculas con grupos funcionales como aminas, hidroxilos, sulfhidrilos, esteres, cetonas, con grupos capaces de formar enlaces de hidrogeno son solubles en agua. Los compuestos insolubles en agua se denominas hidrófobos. Otras propiedades destacables son sus altos puntos de vaporización, de fusión, su alta tensión superficial y su capacidad de formar puentes de hidrógeno. Algunos compuestos se conocen como anfipaticos o anfifilicos ya que son iónicos y no polares. Son de importancia bioquímica ya que se pueden disolver en agua o en compuestos orgánicos como las grasas. Un ejemplo de estos compuestos son los lípidos que forman la membrana lipídica, ya que tienen una cabeza polar y una cola no polar. Una cabeza hidrosoluble y una cola hidrófoba. Esta propiedad anfipatica permite que se forme una capa membranosa con todas las propiedades que ya se mencionaron en la unidad uno http://www.bionova.org.es/biocast/tema04.htm http://www.aguaestructurada.hostei.com/aguaestructurada.html Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 33 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Las moléculas de agua que se encuentran en estado líquido están en constante movimiento y dicha movilidaddepende de su energía libre lo que quiere decir que una parte de esta energía total puede transformarse en trabajo, la magnitud de medición para conocer esta energía es el potencial hídrico (Ψ). El agua y los solutos tienen la capacidad de entrar y salir de las células con relativa facilidad, el sentido en el que lo hagan dependerá del potencial hídrico, bajo esa premisa, el agua se moverá desde donde el potencial es mayor, hacia donde este sea menos, este movimiento de agua ocurre principalmente por flujo global y por difusión. Recordemos que la osmosis se define como el proceso de difusión del agua a través de una membrana semipermeable, como la membrana celular, en este sistema, las moléculas pueden cruzar la membrana por un mecanismo de difusión simple, o bien, pueden ser acarreadas por medio de proteínas transportadoras transmembranales que funcionan como canales que al abrirse para permitir la entrada o salida de iones también ingresan agua. Para el caso de organismos pluricelulares, es vital mantener la comunicación intercelular (célula-célula) ya que de este modo se pueden coordinar los procesos fisiológicos. Una manera de coordinar estos procesos es a través de procesos de señalización celular a cargo de sustancias químicas que son transportadas en el agua e interactúan con canales iónicos o receptores en las membranas celulares de todos los tejidos, en este caso, cada sustancia • Elevada fuerza de cohesión • Elevada fuerza de adhesión • Alta tensión superficial • Elevado calor específico • Elevado calor de vaporización • Elevada conductividad • Bajo poder de ionización • Mayor densidad en estado líquido. Propiedades • Gran poder como disolvente • Transporte de sustancias • Medio de reacciónn química • Regulación del pH Funciones Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 34 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 tiene un significado metabólico que le indica a todo el cuerpo de la planta que se está llevando a cabo un proceso en particular coordinándose. Para la nutrición es de suma importancia el potencial hídrico, porque de este depende saber cómo se moverá el agua. Potencial de Hidrogeno o pH. Una de las reacciones más importantes del agua es su autodisociación reversible para generar iones o moléculas parcialmente cargadas. H2O + H2O =➔ H3O+ + OH- Particularmente es de gran importancia en sistemas biológicos ya que permite llevar a cabo reacciones o disolver solutos. Entre más moléculas se disocian más iónico es el medio acuoso. Esto determina el potencial de hidrogeno, representado por la ecuación: pH= -log [H+] donde es la concentración de hidrógenos Lo anterior significa que entre más hidrógenos tenga el agua más acida es, entre menos hidrógenos tenga el agua es más alcalina. Como producto de esta reacción se elaboró la escala de pH que va del 1 al 14. El valor 14 es la mínima concentración de hidrógenos, por lo tanto, es alcalino. El 1 es la máxima concentración de hidrógenos por lo tanto es muy acida la solución. El 7 es un valor neutro. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 35 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Para saber más. Se recomienda ejercitar los conceptos revisados por medio de los siguientes recursos interactivos. https://www.bionova.org.es/animbio/flashsystem.html https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base- solutions/latest/acid-base-solutions_en.html https://labovirtual.blogspot.com/2009/07/indicadores-acido- base.html https://www.bionova.org.es/animbio/flashsystem.html https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base-solutions/latest/acid-base-solutions_en.html https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base-solutions/latest/acid-base-solutions_en.html https://labovirtual.blogspot.com/2009/07/indicadores-acido-base.html https://labovirtual.blogspot.com/2009/07/indicadores-acido-base.html Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 36 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Las soluciones acidas o alcalinas determinan la velocidad de reacción eincluso la viabilidad de una reacción. Una solución acida es muy útil para la digestión de alimentos, un ejemplo son los ácidos biliares y el ácido clorhídrico que se libera en estómago, con un pH aproximado de 1 a 2. Esto también lo podemos ver en la mitocondria, cuando la cantidad de hidrógenos se acumula en la matriz intracelular, se altera el potencial de membrana y esto tiene efectos sobre la producción de ATP y la transferencia electrónica, la cual libera agua como producto. Algunas de las funciones que tiene el agua a nivel biológico son: • Favorece el transporte de nutrientes en las células • El medio acuoso favorece la estructura conformacional de las proteínas para que se activas y lleven a cabo las reacciones • Algunas reacciones que se llevan a cabo en la célula requieren agua • Otras reacciones, como la combustión de nutrientes para obtener energía producen pequeñas cantidades de agua http://luceromarqueze6g104.blogspot.mx/2011_11_01_archive.html Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 37 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 • Cuando se oxidan grasas se produce una mayor cantidad de agua que cuando se oxidan azucares como el almidón • El agua producida por la respiración celular se llama agua metabólica y es fundamental para los animales adaptados a condiciones de sequias prolongadas, como los camellos o animales del desierto. Estos queman las grasas corporales y el agua producida es reabsorbida por sus células para la hidratación • Gracias a su elevado punto de evaporación podemos regular la temperatura mediante el sudor. 4.3.2 Volumen y distribución de agua corporal Los seres humanos producimos alrededor de 300 mililitros de agua al día a nivel celular. Al día perdemos agua por diferentes mecanismos, ya sea por la orina, por los pulmones, por la piel y por las heces, en total perdemos aproximadamente 2 litros y medio de líquidos por lo cual se recomienda consumir constantemente líquidos para reponer lo que se ha perdido. Los adipocitos tienen poca agua, desplazada por el almacén de ácidos grasos que tienen, por lo tanto, si se tiene obesidad existe un incremento de grasa y una disminución de agua corporal. Con la edad se va modificando la cantidad de agua corporal, así tenemos que los recién nacidos tienen cerca del 70% de peso corporal de agua, e incluso los prematuros llegan a tener hasta el 80% de su peso en agua. Pero conforme avanza la edad el porcentaje disminuye. Al año tienen cerca de 60% y así se mantienen durante su infancia. Al crecer y llegar a una edad adulta el peso de agua corporal llega a constituir del 45 al 55% del total del cuerpo. Y de forma inversa, aumenta el porcentaje de grasa corporal y disminuye la masa muscular. En mujeres se ha identificado una menor cantidad de agua corporal comparada con los hombres, esto debido a que llegan a tener mayor cantidad de grasa. El agua se distribuye en dos grandes compartimentos corporales: 1. Liquido intracelular (LIC). Se encuentra al interior de las células siendo dos terceras partes del agua corporal 2. Liquido extracelular (LEC). Es el líquido que se encuentra fuera de las células y representa entre una tercera parte del agua corporal. Se compone por subcompartimentos a. Plasma, liquido plasmático o liquido intravascular. Se encuentra contenido en las cavidades cardiacas. Es la porción liquida de la sangre que se encuentra Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 38 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 en el sistema cardiovascular. Es la principal fuente de abastecimiento de líquidos y solutos de los demás compartimentos corporales. b. Liquido intersticial. Es el líquido que se localizaen los espacios que rodean a las células, como el tejido conectivo denso, el hueso y el líquido circulante que ha penetrado en el sistema de vasos linfáticos. Se encuentra en el exterior de los vasos sanguíneos y linfáticos, en permanente contacto con la parte externa de la membrana de cada célula. c. Liquido extracelular. Es el resto de los líquidos extracelulares y que no se encuentran en los compartimentos anteriores. Es el líquido que se encuentra en cavidades especializadas del cuerpo, como son el líquido sinovial, líquido cefalorraquídeo, intraocular, periótico, ótico, humor acuoso, humor vítreo, líquido pleural, pericardial, peritoneal y secreciones intestinales. Tiene aproximadamente de 1 a 6 litros diarios. Los líquidos corporales no solo se componen de agua, es una solución que tiene disueltos dos tipos de solutos: electrolitos y no electrolitos. Los primeros son sustancias que se disocian en iones con carga eléctrica y por lo mismo son buenos conductores en solución. Cuando los electrolitos tienen una carga positiva, o carencia de electrones, se llaman cationes. Por ejemplo, el Na+, K+, Ca+, Mg++. Cuando los electrolitos tienen una carga extra de electrones, o carga negativa, se llaman aniones. Por ejemplo, los halogenuros o elementos del grupo VII de la tabla periódica, esto es, los no metales con mayor electronegatividad, como el Cl-, Br-, F-. Lo anterior debido a que forman enlaces iónicos con el grupo II de la tabla periódica, conocidos como sales, que http://image.slidesharecdn.com/4-clasedeagua2013claublog-141121132024-conversion-gate01/95/04-manejo-renal-del-agua-3-638.jpg?cb=1416576061 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 39 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 en solución acuosa se disocian en iones o electrolitos y son buenos conductores eléctricos. El ejemplo más común es la sal de mesa, o NaCl. Gracias a estas propiedades las sales son excelentes compuestos para retener agua corporal. Lo anterior nos lleva a entender que los líquidos por si mismos no se retienen a nivel corporal, requieren estar en solución. Es así que cuando se consumen sales o compuestos solubles en agua, el cuerpo reacciona y tenemos sed. Esto implica que requerimos consumir agua para disolver las sustancias hidrosolubles que recientemente consumimos. Se recomienda consultar el siguiente documento interactivo de la facultad de Medicina de la UNAM, el cual resume los temas revisados sobre el agua, da clic sobre la imagen. http://laguna.fmedic.unam.mx/~3dmolvis/agua/main.swf Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 40 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Cierre de la unidad Hemos llegado al final de la unidad, en la que revisamos y analizamos la estructura, función y metabolismo de cada uno de los micronutrientes Las vitaminas que de acuerdo a su solubilidad en agua se dividen en hidrosolubles y liposolubles y que tienen funciones específicas en el metabolismo energético y el mantenimiento de estructura y función de aparatos y sistemas. Los minerales son elementos que al igual que las vitaminas, se clasifican de acuerdo a la cantidad que requiere el organismo para cumplir cada una de las funciones que realiza a nivel celular pero que aun cuando su presencia es requerida en cantidades mínimas, deben estar contenidas en los alimentos que son consumidos todos los días. El agua, el cual ahora has comprendido porque es tan importante para el mantenimiento de la vida y que las propiedades químicas y físicas que tiene permiten que el medio interno se mantenga en homeostasis. En esta asignatura has revisado que todos estos nutrientes son básicos e indispensables para realizar diversas funciones en nuestro organismo y que deben estar presentes para mantener el equilibrio dentro de la célula, por lo que es importante que el aporte de dichos nutrientes sea suficiente ya que de esta forma se mantendrán en óptimas condiciones todos los aparatos y sistemas. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 41 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Actividades La elaboración de las actividades estará guiada por tu docente en línea, mismo que te indicará, a través de la Planeación didáctica del docente en línea, la dinámica que tú y tus compañeros (as) llevarán a cabo, así como los envíos que tendrán que realizar. Para el envío de tus trabajos usarás la siguiente nomenclatura: BNU_U4_A#_XXYZ, donde BNU corresponde a las siglas de la asignatura, U4 es la unidad de conocimiento, A# es el número y tipo de actividad, el cual debes sustituir considerando la actividad que se realices, XX son las primeras letras de tu nombre, Y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno. Autorreflexiones Para la parte de autorreflexiones debes responder las Preguntas de Autorreflexión indicadas por tu docente en línea y enviar tu archivo. Cabe recordar que esta actividad tiene una ponderación del 10% de tu evaluación. Para el envío de tu autorreflexión utiliza la siguiente nomenclatura: BNU_U4_ATR _XXYZ, donde BNU corresponde a las siglas de la asignatura, U4 es la unidad de conocimiento, XX son las primeras letras de tu nombre, y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 42 Bioquímica de la nutrición Micronutrientes U4 Fuentes de consulta Básicas Jack Challem, Liz Brown. (2010). Vitaminas y minerales esenciales para la salud: Los nutrientes fundamentales para potenciar tu energía y aumentar tu vitalidad. Guías Prácticas de Salud. Nowtilus, Madrid Ursula Heitz, Mima M. Horne, Deborah L. Spahn. (2006). Fluidos, electrólitos y equilibrio ácido-base. Elsevier, España William N. Kelley. (1993). Medicina interna. Panamericana, Madrid. Bruce M. Koeppen. Berne y Levy. (2009).Fisiologia. Elsevier, Barcelona Complementarias Ramón Mejía, O. Ruíz M. (2006) Bases biológicas y patobiológicas humanas del metabolismo del cobre. Universitas Médica, 47 (1) Brandan, Nora C. Llanos Isabel C (2014). Hormonas Tiroideas. Metabolismo y transporte de Yodo. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Medicina. Cátedra de Bioquímica. Lovesio, C. (2006). Metabolismo del magnesio. Libro Medicina Intensiva. El Ateneo. Aranda Pilar, Planells Elena (2000). Magnesio. Ars Pharmaceutica, 41: 1; 91-100.
Compartir