1 LIC. NUTRICIÓN QUÍMICA BIOLÓGICA 2016

2 Equipo Docente Nuria Mitjans………………………. Responsable de PrácticoEthelina Cargnelutti…………… Responsable de Práctico Ethel Larregle……………………….Prof. Colaborador Alicia Molina…………………………… Prof. Responsable

3 Blog para el intercambio de información Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis Licenciatura en Bioquímica Farmacia Biología Molecular Ingeniería en Alimentos Analista Biológico Optativo en plantas Licenciatura en Nutrición Licenciatura en Química Licenciatura y Profesorado en Ciencias Biológicas

4 Materias del Primer Año Programas Disponibles(*) Carrera Plan Ordenanza Años Cantidad de Materias LICENCIATURA EN NUTRICIÓN (42) 11/09 5 37 Código Materias del Primer Año Período Tipo de Cursado Programas Disponibles(*) Correlativas 1 (160) INTRODUCCION A LA BIOLOGIA 1° bimestre Normal No Tiene 2 (161) INTRODUCCION A LA QUIMICA 3 (217) QUIMICA ORGANICA 1° cuatrimestre 2014 - mas Ver   (1) 4 (841) ANATOMIA Y FISIOLOGIA I 2014 - 2013 - mas 5 (842) ANTROPOLOGIA Y FUNDAMENTOS DE LA ALIMENTACION Ver   (2) 6 (843) SALUD COMUNITARIA 7 (226) QUIMICA ANALITICA 2° cuatrimestre 2013 - mas 8 (31) QUIMICA BIOLOGICA 9 (791) BIOESTADÍSTICA APLICADA 10 (844) ANATOMIA Y FISIOLOGIA II 2013 - 2013 - mas

5 Materias del Segundo Año Programas Disponibles(*)Código Materias del Segundo Año Período Tipo de Cursado Programas Disponibles(*) Correlativas 11 (22) BROMATOLOGIA 1° cuatrimestre Normal 2014 - 2013 - mas Ver   (3) 12 (505) PSICOLOGIA GENERAL Y EVOLUTIVA 2014 - mas Ver   (1) 13 (845) MICROBIOLOGIA Y PARASITOLOGIA ALIMENTARIAS 14 (846) NUTRICION NORMAL I 15 (326) TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS 2° cuatrimestre 16 (847) NUTRICION MATERNO INFANTIL 2013 - mas Ver   (4) 17 (848) TÉCNICA DIETÉTICA 18 (865) NUTRICIÓN NORMAL II

6 ALGUNAS PREGUNTAS QUE PODREMOS RESPONDER EN QUÍMICA BIOLÓGICA Si sumerjo los choclos recién cosechados en agua hirviendo unos minutos, se conserva su sabor dulce. ¿Cómo ocurre esto? ¿Qué nutriente aporta más energía en su degradación completa: un azúcar o un aminoácido de igual número de átomos de C? ¿por qué? El arsénico es muy tóxico para la mayoría de los organismos, ¿cómo se explica? ¿Por qué vulgarmente hablamos de “colesterol bueno” y “colesterol malo”? ¿Por qué un exceso de azúcares en la dieta conduce a un aumento de los depósitos de grasa y de peso corporal? ¿Qué es la urea, cómo se produce y elimina? ¿Qué sucede si se ingiere un exceso de Vitamina A? ¿La deficiencia de cuál oligoelemento causa la enfermedad llamada “bocio”? ¿Cómo hace frente el organismo a una situación de “inanición” o ayuno prolongado?

7 LIC. NUTRICIÓN QUÍMICA BIOLÓGICA 2016PROGRAMA SINTETICO Tema 1: Introducción a la Bioquímica de la Nutrición. Objeto de estudio. Herramientas para comprender el Metabolismo. Enzimas.  Tema 2: Cadena respiratoria. Fosforilación oxidativa. Tema 3: Metabolismo de los carbohidratos: Digestión. Vía  Glicolítica. Lanzadera del glicerofosfato Tema 4: Destinos del Piruvato. Ciclo de Krebs. Vía de las  Pentosa fosfato. Tema 5: . Gluconeogénesis. Metabolismo del glucógeno. Tema 6 y 7: Metabolismo de los lípidos: Digestión. Transporte.  Lipogénesis y Lipólisis. Tema 8: Metabolismo de Aminoácidos: Digestión. Degradación y destino de los esqueletos carbonados. Ciclo de la urea  Bolilla 9: Metabolismo de Purinas, pirimidinas y Metabolismo del grupo Hemo. Tema 10: Acidos Nucleicos: DNA y RNA. Síntesis de proteínas. Tema 11: Minerales. Vitaminas. Metabolismo. Tema 12: Hormonas. Características y función Tema 13: Integración metabólica. Homeostasis.

8 LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICAPROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN  Tema 1: Introducción a la Bioquímica de la Nutrición. Objeto de estudio. Relación con otras ramas de las ciencias biológicas y de la salud. Compuestos constituyentes de la materia viva. Función de los nutrientes y otros componentes dietéticos en la nutrición. Concepto de Metabolismo. Anabolismo y catabolismo. Vías, ciclos y cascadas metabólicas. Enzimas. Caracteres generales. Nomenclatura y clasificación. Coenzimas. Cinética enzimática. Factores que afectan la actividad enzimática: temperatura, pH, concentración de enzima y concentración de sustrato. Ecuación de Michaelis-Menten. Inhibición de enzimas, competitiva y no competitiva. Regulación enzimática: compartimentalización, enzimas alostéricas, modificación por unión covalente. Isoenzimas. Zimógenos.

9 Interrogantes que puede responder la Química Biológica para comprender la Nutrición ¿Qué cambios ocurren en las sustancias incorporadas como alimentos? ¿Cuál es el origen de los productos de desecho? ¿Cómo se sintetizan (producen) los componentes del organismo?

10 QUÍMICA BIOLÓGICA Ciencias de la salud NUTRICIÓN MEDICINABIOLOGÍA CELULAR BIOLOGÍA MOLECULAR Conocimiento básico QUÍMICA BIOLÓGICA Ciencias de la salud Conocimiento aplicado FUTURO: Progreso en Qca. Biol. = Desarrollo EN Cs. De la Salud = Responsab. de poseer conocim.básico para aplicar/investigar NUTRICIÓN MEDICINA

11 Metabolismo Moléculas biológicas BioelementosEstudio de los componentes de los seres vivos Estudio de las transformaciones químicas que suceden en las células OBJETOS DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA BIOLÓGICA Aportes de la Química Biológica a la Nutrición Metabolismo Moléculas biológicas Bioelementos

12 COMPUESTOS CONSTITUYENTES DE LA MATERIA VIVAAGUA (65% PC) MINERALES sólidos (P, Ca) IONES en solución HIDRATOS DE CARBONO LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEICOS INORGÁNICOS ORGÁNICOS (MOLÉCULAS BIOLÓGICAS) VITAMINAS HORMONAS PIGMENTOS

13 ELEMENTOS SECUNDARIOSBIOELEMENTOS (Elementos Biógenos) (En el organismo humano – Criterio CUANTITATIVO - Expresado en % de Peso Corporal) ELEMENTOS PRIMARIOS (96% del Peso Corporal) Oxígeno ( O ) 65,0 % Carbono (C ) 18,5 Hidrógeno ( H ) 10,0 Nitrógeno ( N ) 3,0 Calcio ( Ca ) 1,5 Fósforo ( P ) 1,0 ELEMENTOS SECUNDARIOS Potasio ( K+) 0,30 % Azufre ( S ) 0,25 Sodio ( Na+) 0,20 Cloro ( Cl -) 0,15 Magnesio ( Mg ) 0,05 Hierro ( Fe) 0,005 OLIGOELEMENTOS Fluor ( F ) 0,001 % Cobre (Cu ) 0,0002 Yodo( I ) 0,00004 Manganeso ( Mn ) 0,00003 Zinc ( Zn ) vestigios Cobalto( Co )

14 (Criterio ESTRUCTURAL)BIOMOLÉCULAS (Criterio ESTRUCTURAL) AMINOÁCIDOS NUCLEÓTIDOS MONOSACÁRIDOS ÁCIDOS GRASOS MOLÉCULAS SIMPLES PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEICOS POLISACÁRIDOS LÍPIDOS MACROMOLÉCULAS

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16 VITAMINAS H. DE CARBONO MINERALES PROTEINAS OLIGOELEMENTOS LIPIDOSNUTRIENTES CLASIFICACION DE LOS NUTRIENTES (Criterio: CANTIDAD REQUERIDA EN LA DIETA NORMAL) H. DE CARBONO PROTEINAS LIPIDOS VITAMINAS MINERALES OLIGOELEMENTOS No pueden ser sintetizados por el organismo en cantidades suficientes MACRONUTRIENTES ALIMENTOS BÁSICOS FUENTES DE ENERGÍA MICRONUTRIENTES FACTORES DIETÉTICOS ESENCIALES Alimentos básicos: propios de cada cultura/país

17 METABOLISMO Anabolismo Catabolismo Estructuras complejasConjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en las células BIOSÍNTESIS Estructuras complejas Estructuras simples ENERGÍA QUÍMICA DEGRADACIÓN Anabolismo Catabolismo (Anabolismo: del griego ana “hacia arriba” y ballein “lanzar”) (Catabolismo: del griego kata “hacia abajo” y ballein “lanzar”)

18 RELACIÓN ENTRE VÍAS ANABÓLICAS Y CATABÓLICASNutrientes que contienen Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa) Productos finales carentes de Energía CO2 H2O NH3 NADH NADPH FADH2 ATP Poder Reductor Energía Química NAD+ NADP+ FAD ADP+HPO42- VIAS ANABOLICAS (Síntesis reductora) Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos Moléculas Precursoras Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas Catabólicas: ATP y coenzimas reducidas o “transportadores de En” que se usan en las Anabólicas: convierten precursores en macromoléculas

19 Funciones del Metabolismo1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes 2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples 3- Utilizar los productos de la degradación como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento. DEGRADACIÓN Catabolismo SÍNTESIS Anabolismo

20 Nutrición y MetabolismoDigestión. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.

21 Digestión - Absorción - Metabolizaciónde los alimentos DIGESTIÓN DIGESTIÓN DIGESTIÓN y ABSORCIÓN DE NUTRIENTES METABOLIZACIÓN Síntesis Degradación

22 METABOLISMO INTERMEDIOConjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células o en el organismo VÍAS ó RUTAS METABÓLICAS M. Intermedio /Intermediario: Activ. de todas rutas metab, en q interv. Precursores, Metabolitos y Productos de Baja Masa Molec.

23 Esquema de relaciones entre rutas catabólicas y anabólicas

24 Vías catabólicas convergentes Vías anabólicas divergentes

25 ENZIMAS (catalizadores biológicos)¿Cuáles son las “herramientas” fundamentales de las Vías Metabólicas? ENZIMAS (catalizadores biológicos) Se estudiarán en el desarrollo del curso

26 Esquemas de distintos tipos de Vías Metabólicasf Ciclo metabólico D c d P A B C b a S A………….sustrato inicial P, Q ……..producto final B, C, D ……..metabolitos a, b, c, d, e…… ENZIMAS

27 ENZIMAS VITAMINAS MINERALES OLIGOELEMENTOS¿Cuáles son las “herramientas” fundamentales de las Vías Metabólicas? ENZIMAS Sustancias que colaboran con las Enzimas VITAMINAS MINERALES OLIGOELEMENTOS Se estudiarán en el desarrollo del curso

28 PRÓXIMAS CLASES ! Enzimas: Caracteres generales. Nomenclatura y clasificación. Cofactores. Coenzimas: participación de Vitaminas y Minerales, caracteres generales. Compartimentalización de las enzimas. Cinética enzimática. Factores que afectan la actividad enzimática, temperatura, pH, concentración de enzima y concentración de sustrato. Ecuación de Michaelis-Menten. Inhibición de enzimas, competitiva y no competitiva. Enzimas reguladoras. Enzimas alostéricas, modificación por unión covalente. Isoenzimas. Zimógenos. Enzimas endógenas y exógenas  En el estudio de las REACCIONES ENZIMÁTICAS de cada VÍA METABÓLICA se destacará la participación de VITAMINAS Y MINERALES

29 PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN  Tema 1: Introducción a la Bioquímica de la Nutrición. Objeto de estudio. Relación con otras ramas de las ciencias biológicas y de la salud. Compuestos constituyentes de la materia viva. Función de los nutrientes y otros componentes dietéticos en la nutrición Concepto de Metabolismo. Anabolismo y catabolismo. Vías, ciclos y cascadas metabólicas. Enzimas. Caracteres generales. Nomenclatura y clasificación. Coenzimas. Cinética enzimática. Factores que afectan la actividad enzimática: temperatura, pH, concentración de enzima y concentración de sustrato. Ecuación de Michaelis-Menten. Inhibición de enzimas, competitiva y no competitiva. Regulación enzimática: compartimentalización, enzimas alostéricas, modificación por unión covalente. Isoenzimas. Zimógenos. .

30 Las enzimas deben ser sintetizadas correctamente, con las estructuras proteicas: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria si la tuviera Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología A veces estas alteraciones puede solucionarse con cambios en la dieta. La sustancia sobre las cuales actúan se denominan SUSTRATO

31 Ningún ser vivo puede vivir sin las ENZIMASLa mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere.

32 ¿Qué funciones tienen las Enzimas?Transformación (síntesis) de moléculas de nutrientes simples en moléculas mas complejas, y viceversa (degradación). Extracción de energía desde combustibles o compuestos degradables por oxidación. Polimerización de subunidades para formar macromoléculas.

33 Ejemplos de transformaciones mediadas por EnzimasTransformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa ENZIMAS PAN n (GLUCOSA) ALMIDON PAPAS ENZIMAS ARROZ (GLUCOSA)n GLUCOGENO

34 PANCETA ENZIMAS MONO GLICERIDOS CHIZITOS GRASAS (TG) CHORIZOS ENZIMAS GLICEROL +3 AC.GRASOS TRIGLICERIDOS ENZIMAS

35 ¿Cómo se denominan las Enzimas?Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la terminación ASA Por ejemplo: sacarasa, ureasa, amilasa, etc. Por la reacción que catalizan, por ej.: oxidoreductasa, deshidrogenasa, descarboxilasa, etc. Otras tienen nombres arbitrarios, como: ptialina salival, pepsina del jugo gástrico, tripsina, etc. Cada enzima tiene un nombre y un numero asignado por la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular. Por ej.: Lactato deshidrogenasa (EC ) Clase subclase subsubclase nº de orden

36 ¿Cómo se clasifican las enzimas? -Según la reacción que catalizan-CLASE DE ENZIMA REACCIÓN QUE CATALIZA Ejemplos Oxidorreductasas Reacciones de óxido-reducción Lactato deshidrogenasa 2. Transferasas La transferencia de un grupo de átomos, como amina, carboxilo, carbonilo, metilo, desde un sustrato considerado donante, a otro compuesto aceptor Aminotranferasas Hexoquinasa 3. Hidrolasas La ruptura de enlaces C-O, C-N, C-S y O-P por adición de agua fosfatasas, disacaridasas 4. Liasas La ruptura de uniones C-C, C-S y C-N de la molécula de sustrato, por un proceso distinto al de hidrólisis Aldolasa 5. Isomerasas La interconversión de isómeros ópticos, geométricos o de posición Fosfotriosa isomerasa. 6. Ligasas o sintetasas La formación de enlaces entre C y O, S y N acoplada a la hidrólisis de fosfatos de alta energía. Piruvato carboxilasa.

37 ¿Cómo se clasifican las enzimas? -Según la reacción que catalizan-1-OXIDORREDUCTASAS Alcohol deshidrogenasa (EC ) Clase subclase subsubclase nº de orden Lactato deshidrogenasa 2-TRANSFERASAS Hexoquinasa (EC )

38 3. HIDROLASAS 4. LIASAS 5. ISOMERASAS 6. LIGASAS Carboxipeptidasa A(EC ) 4. LIASAS Piruvato descarboxilasa (EC ) 5. ISOMERASAS Fumarasa ó malato isomerasa (EC ) 6. LIGASAS Piruvato carboxilasa (EC )

39 Características de las EnzimasESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA SITIO DE UNION AL SUSTRATO: SITIO ACTIVO Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno Hidrofóbicas Electrostáticas NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS: inorgánicos (Metales) y orgánicos (Coenzimas) ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y especificidad geométrica. SON REGULABLES: su actividad, su degradación y la síntesis de la proteína-enzima.

40 Reacción catalizada por una EnzimaSustrato Enzima E S Complejo ES E P Enzima Producto

41 ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMASALTA ESPECIFICIDAD Único sustrato Ej: Glucoquinasa Glucosa Grupo de sustratos ESPECIFICIDAD RELATIVA Hexosas (Glucosa, Fructosa, Manosa) Ej: Hexoquinasas

42 Glucoquinasa GLUCOSA GLUCOSA-6P ATP ADP - P D-Glucosa Glucoquinasa

43 COMPONENTES DE UNA ENZIMACOFACTOR ENZIMÁTICO COENZIMA = APOENZIMA + HOLOENZIMA NO PROTEICA (termoestable) PROTEÍNA (termolábil) ENZIMA TOTAL

44 Unión débil Unión fuerte (covalente) GRUPO PROSTÉTICOFe 2+ Mn 2+ Mg 2+ Zn 2+ IONES Inorgánicos METALOENZIMAS COFACTOR ENZIMÁTICO Molécula orgánica No Proteica COENZIMAS Unión débil COENZIMAS COENZIMAS Unión fuerte (covalente) GRUPO PROSTÉTICO Biotina Tiamina Piridoxal-P Transportadores de grupos funcionales VITAMINAS COENZIMAS NUCLEÓTIDOS NAD FAD Transportadores de electrones y protones

45 COENZIMAS - VITAMINAS Niacina NAD, NADP Ion Hidruro (:H -) PDH GADRiboflavina (Vit.B2) FAD, FMN Electrones SDH Tiamina (Vit. B1) PP-tiamina Aldehídos PDH, TC Acido pantoténico Coenzima A Grupos acilo Tiolasa Acido fólico TH4 Grupos monocarbonados Ser-Tre Deshidrat. Piridoxina (B6) P-piridoxal Transferencia grupos aminos Transaminasas Acido lipoico Lipoamida Electrones y grupos acilos. PDH

46 Enzimas que requieren Iones Metálicos como COFACTORES (METALOENZIMAS)Fe++ ó Fe+++ Citocromo oxidasa Catalasa Peroxidasa Zn++ Anhidrasa carbónica Hexoquinasa Glucosa-6-fosfatasa Piruvato quinasa Mg++

47 DISTRIBUCIÓN DE LAS ENZIMASCOMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización dentro de la célula (Enzimas mitocondriales, liosomales, citosólicas, de membrana) SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas, ordenadas espacialmente en una secuencia de reacciones (Ej: Cadena respiratoria) ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos que catalizan deferentes reacciones (Ej: Acido graso sintasa)

48 BIBLIOGRAFÍA -BLANCO, A., "Química Biológica", Ed. El Ateneo, 9° Edición, Bs.As, 2011 -CHAMPE, HARVEY, FERRIER, “Bioquímica”,Ed Mac Graw- Hill Interamericana, 3° Edición. 2006 -LEHNINGER, A.L., NELSON, D., COX, M., "Principios de Bioquímica", Editorial Omega, S.A., 4° Ed., Reimpresión año 2008.