Vitaminas.

El término Vitamina se le debe al Bioquímico polaco Casimir Funk quien lo planteó en 1912. Consideraba que eran necesarias para la vida (vita) y la terminación Amina es porque creía que todas estas sustancias poseían la función Amina.

Las vitaminas son esenciales en el metabolismo y necesarias para el crecimiento y para el buen funcionamiento del cuerpo. Solo la Vitamina D es producida por el organismo, el resto se obtiene a través de los alimentos.

Todas las vitaminas tienen funciones muy específicas sobre el organismo y deben estar contenidas en la alimentación diaria para evitar deficiencias. No hay alimento mágico que contenga todas las vitaminas, solo la combinación adecuada de los grupos de alimentos hacen cubrir los requerimientos de todos los nutrimentos esenciales para la vida.

Tener una buena alimentación es indispensable para el desarrollo de todas nuestras habilidades físicas y mentales; además la deficiencia de vitaminas puede llevarnos a contraer enfermedades graves que podríamos corregir con una alimentación balanceada. La carencia de vitaminas se denomina Hipovitaminosis y el exceso de alguna de ellas puede producir Hipervitaminosis.

Son sustancias indispensables en la nutrición de los seres vivos; no aportan energía, pero sin ellas el organismo no podría aprovechar los elementos constructivos y energéticos suministrados por medio de la alimentación.

El consumo de tabaco, alcohol o drogas provoca un mayor gasto de algunas vitaminas por lo cual es necesario suministrarlas en mayor cantidad o hacer un aporte suplementario teniendo en cuenta que las que vienen naturalmente en los alimentos son más efectivas que las que se producen en laboratorio.

Las Vitaminas se dividen en dos grupos, LIPOSOLUBLES que se disuelven en grasas y aceites, e HIDROSOLUBLES que se disuelven en agua . Veremos pues la importancia de estas sustancias, sus características generales, sus rasgos principales, estructuras, las consecuencias de su deficiencia, aplicabilidad industrial y algunos otros datos de importancia en el estudio de LAS VITAMINAS.

Las vitaminas son sustancias orgánicas, de naturaleza y composición variada. Imprescindibles en los procesos metabólicos que tienen lugar en la nutrición de los seres vivos. No aportan energía, ya que no se utilizan como combustible, pero sin ellas el organismo no es capaz de aprovechar los elementos constructivos y energéticos suministrados por la alimentación. Normalmente se utilizan en el interior de las células como antecesoras de las coenzimas, a partir de las cuales se elaboran los miles de enzimas que regulan las reacciones químicas de las que viven las células. Su efecto consiste en ayudar a convertir los alimentos en energía. La ingestión de cantidades extras de vitaminas no eleva la capacidad física, salvo en el caso de existir un déficit vitamínico (debido, por ejemplo, a un régimen de comidas desequilibrado y a la fatiga). Entonces se puede mejorar dicha capacidad ingiriendo cantidades extras de vitaminas. Las necesidades vitamínicas varían según las especies, con la edad y con la actividad.

Las vitaminas deben ser aportadas a través de la alimentación, puesto que el cuerpo humano no puede sintetizarlas. Una excepción es la vitamina D, que se puede formar en la piel con la exposición al sol, y las vitaminas K, B₁, B₁₂ y ácido fólico, que se forman en pequeñas cantidades en la flora intestinal.

Ciertas vitaminas son ingeridas como provitaminas (inactivas) y posteriormente el metabolismo animal las transforma en activas (en el intestino, en el hígado, en la piel, etc.), tras alguna modificación en sus moléculas.

Los vegetales, hongos y microorganismos son capaces de elaborarlas por sí mismos. Los animales, salvo algunas excepciones, carecen de esta capacidad, por lo que deben obtenerlas a partir de los alimentos de la dieta. En algunos casos los animales obtienen algunas vitaminas a través de sus paredes intestinales, cuya flora bacteriana las producen.

Son sustancias lábiles (Dicho de un compuesto: Inestable, que se transforma fácilmente en otro), ya que se alteran fácilmente por cambios de temperatura y PH, y también por almacenamientos prolongados.

VITAMINAS LIPOSOLUBLES

Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K, se consumen junto con alimentos que contienen grasa.

Son las que se disuelven en grasas y aceites. Se almacenan en el hígado y en los tejidos grasos, debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo no es necesario tomarlas todos los días por lo que es posible, tras un consumo suficiente, subsistir una época sin su aporte.

Si se consumen en exceso (más de 10 veces las cantidades recomendadas) pueden resultar tóxicas. Esto les puede ocurrir sobre todo a deportistas, que aunque mantienen una dieta equilibrada recurren a suplementos vitamínicos en dosis elevadas, con la idea de que así pueden aumentar su rendimiento físico. Esto es totalmente falso, así como la creencia de que los niños van a crecer si toman más vitaminas de las necesarias.

Las Vitaminas Liposolubles son:

• Vitamina A (Retinol)
• Vitamina D (Calciferol)
• Vitamina E (Tocoferol)
• Vitamina K (Antihemorrágica)

• Vitamina A

La vitamina A también se conoce como Retinol o Antixeroftálmica.

La vitamina A sólo está presente como tal en los alimentos de origen animal, aunque en los vegetales se encuentra como provitamina A, en forma de carotenos. Los diferentes carotenos se transforman en vitamina A en el cuerpo humano. Se almacena en el hígado en grandes cantidades y también en el tejido graso de la piel (palmas de las manos y pies principalmente), por lo que podemos subsistir largos períodos sin su consumo.
La función principal de la vitamina A es intervenir en la formación y mantenimiento de la piel, membranas mucosas, dientes y huesos. También participa en la elaboración de enzimas en el hígado y de hormonas sexuales y suprarrenales.

Uno de los primeros síntomas de insuficiencia es la ceguera nocturna (dificultad para adaptarse a la oscuridad). Otros síntomas son excesiva sequedad en la piel; falta de secreción de la membrana mucosa y sequedad en los ojos debido al mal funcionamiento del lagrimal. En cambio, el exceso de esta vitamina produce interferencia en el crecimiento, trastornos como alteraciones óseas, detenimiento de la menstruación y además, puede perjudicar los glóbulos rojos de la sangre.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA A

• Aceite de Hígado de Pescado
• Yema de Huevo
• Aceite de Soya
• Mantequilla
• Zanahoria
• Espinacas
• Hígado
• Perejil
• Leche
• Queso
• Tomate
• Lechuga

Vitamina D

Calciferol o Antirraquítica.

Esta vitamina da la energía suficiente al intestino para la absorción de nutrientes como el calcio y las proteínas. Es necesaria para la formación normal y protección de los huesos y dientes contra los efectos del bajo consumo de calcio. Esta vitamina se obtiene a través de provitaminas de origen animal que se activan en la piel por la acción de los rayos ultravioleta cuando tomamos “baños de sol”.

La carencia de vitamina D produce en los niños malformaciones óseas, caries dental y hasta Raquitismo, una enfermedad que produce malformación de los huesos. En los adultos puede presentarse osteoporosis, reblandecimiento óseo u osteomalacia. Dosis insuficientes de vitamina D puede contribuir a la aparición del cáncer de mama, colon y próstata. Debido a que la vitamina D es soluble en grasa y se almacena en el cuerpo, exceder su consumo produce trastornos digestivos, vómito, diarrea, daños al riñón, hígado, corazón y pérdida de apetito.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA D

• Leche Enriquecida
• Yema de Huevo
• Sardina
• Atún
• Queso
• Hígado
• cereales

Vitamina E

Tocoferol o restauradora de la fertilidad.

Esta vitamina participa en la formación de glóbulos rojos, músculos y otros tejidos. Se necesita para la formación de las células sexuales masculinas y en la antiesterilización.

Tiene como función principal participar como antioxidante, es algo así como un escudo protector de las membranas de las células que hace que no envejezcan o se deterioren por los radicales libres que contienen oxígeno y que pueden resultar tóxicas y cancerígenas. La participación de la vitamina E como antioxidante es de suma importancia en la prevención de enfermedades donde existe una destrucción de células importantes. Protege al pulmón contra la contaminación. Proporciona oxígeno al organismo y retarda el envejecimiento celular, por lo que mantiene joven el cuerpo. También acelera la cicatrización de las quemaduras, ayuda a prevenir los abortos espontáneos y calambres en las piernas.

La deficiencia de la vitamina E puede ser por dos causas, por no consumir alimentos que la contenga o por mala absorción de las grasas; la vitamina E por ser una vitamina liposoluble, necesita que para su absorción en el intestino se encuentren presentes las grasas. Su deficiencia produce distrofia muscular, pérdida de la fertilidad y Anemia.

Al parecer, su exceso no produce efectos tóxicos masivos.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA E

• Aceites Vegetales
• Germen de Trigo
• Chocolates
• Legumbre
• Verduras
• Leche
• Girasol
• Frutas
• Maíz
• Soya
• Hígado

VITAMINA K

Antihemorrágica o filoquinona.

Es un diterpeno (C₂₀ H₃₂) con cuatro formas moleculares: K₁, K₂, K₃, K₄ (ésta última se obtuvo sintéticamente). La vitamina K participa en diferentes reacciones en el metabolismo, como coenzima, y también forma parte de una proteína muy importante llamada protombina que es la proteína que participa en la coagulación de la sangre.

La deficiencia de vitamina K en una persona normal es muy rara, solo puede ocurrir por una mala absorción de grasas. Dosis altas de vitamina K sintética puede producir lesión cerebral en los niños y anemia en algunos adultos.

Su deficiencia produce alteraciones en la coagulación de la sangre y Hemorragias difíciles de detener.

K₁ se obtiene a partir de vegetales de hoja verde (espinacas, coles, lechuga, tomate,..)

K₂ se obtiene a partir de derivados de pescados.

K₃ se obtiene a partir de la producción de la flora bacteriana intestinal. Por ello, las necesidades de esta vitamina en la dieta son poco importantes.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA K

• Legumbres
• Hígado de Pescado
• Aceite de Soya
• Yema de Huevo
• Verduras

VITAMINAS HIDROSOLUBLES

Las vitaminas hidrosolubles son aquellas que se disuelven en agua. Se trata de coenzimas o precursores de coenzimas, necesarias para muchas reacciones químicas del metabolismo.

Se caracterizan porque se disuelven en agua, por lo que pueden pasarse al agua del lavado o de la cocción de los alimentos. Muchos alimentos ricos en este tipo de vitaminas no nos aportan al final de prepararlos la misma cantidad que contenían inicialmente. Para recuperar parte de estas vitaminas (algunas se destruyen con el calor), se puede aprovechar el agua de cocción de las verduras para caldos o sopas.

A diferencia de las vitaminas liposolubles no se almacenan en el organismo. Esto hace que deban aportarse regularmente y sólo puede prescindirse de ellas durante algunos días.

El exceso de vitaminas hidrosolubles se excreta por la orina, por lo que no tienen efecto tóxico por elevada que sea su ingesta, aunque se podría sufrir anormalidades en el riñón por no poder evacuar la totalidad de líquido.

Vitaminas Hidrosolubles:

• Vitamina C. Ácido Ascórbico, antiescorbútica,
• Vitamina B1: Tiamina. Antiberibérica.
• Vitamina B2: Riboflavina
• Vitamina B3: Niacina. Ácido Nicotínico. Vitamina PP. Antipelagrosa.
• Vitamina B5: Ácido Pantoténico. Vitamina VV.
• Vitamina B6: Piridoxina.
• Vitamina B8: Biotina. Vitamina H.
• Vitamina B9: Ácido Fólico.
• Vitamina B12: Cobalamina.

VITAMINA C

Ácido Ascórbico o vitamina Antiescorbútica.

Esta vitamina es necesaria para producir colágeno que es una proteína necesaria para la cicatrización de heridas. Es importante en el crecimiento y reparación de las encías, vasos, huesos y dientes, y para la metabolización de las grasas, por lo que se le atribuye el poder de reducir el colesterol.

El consumo adecuado de alimentos ricos en vitamina C es muy importante porque es parte de las sustancias que une a las células para formar los tejidos. Las necesidades de vitamina C no son iguales para todos, durante el crecimiento, el embarazo y las heridas hay requerimientos aumentados de este nutrimento.

El déficit de vitamina C produce Escorbuto, que se caracteriza por hinchamientos, hemorragias en las encías y caída de los dientes.

Algunos otros efectos atribuidos a esta vitamina son: mejor cicatrización de heridas, alivio de encías sangrantes, reducción de alergias, prevención del resfriado común, y en general fortalecimiento del organismo.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA C

• Leche de Vaca
• Hortalizas
• Verduras
• Cereales
• Carne
• Frutas
• Cítricos

Vitamina B1

Tiamina, Aneurina O Antiberibérica.

Desempeñan un papel fundamental en el metabolismo de los glúcidos y lípidos, es decir, en la producción de energía.

Es la gran aliada del estado de ánimo por su efecto benéfico sobre el sistema nervioso y la actitud mental. Ayuda en casos de depresión, irritabilidad, pérdida de memoria, pérdida de concentración y agotamiento. Favorece el crecimiento y ayuda a la digestión de carbohidratos.

Regula las funciones nerviosas y cardiacas. Su deficiencia puede causar una enfermedad llamada Beriberi que se caracteriza por debilidad muscular, inflamación del corazón y calambres en las piernas y, en casos graves, incluso ataque al corazón y muerte.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B1

• Vísceras (hígado, corazón y riñones)
• Levadura de Cerveza
• Vegetales de Hoja Verde
• Germen de Trigo
• Legumbres
• Cereales
• Carne
• Frutas

Vitamina B2 Riboflavina.

Al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas.

La insuficiencia de riboflavina puede complicarse si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Sus síntomas, no tan definidos como los de la insuficiencia de tiamina, son lesiones en la piel, en particular cerca de los labios y la nariz, y sensibilidad a la luz.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B2.

• Levadura de Cerveza
• Germen de Trigo
• Verduras
• Cereales
• Lentejas
• Hígado
• Leche
• Carne
• Coco
• Pan
• Queso

Vitamina B3

Vitamina PP o nicotinamida. Interviene en el metabolismo de los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas. Es un vasodilatador que mejora la circulación sanguínea, participa en el mantenimiento fisiológico de la piel, la lengua y el sistema digestivo.

Es poco frecuente encontrarnos con estados carenciales, ya que nuestro organismo es capaz de producir una cierta cantidad de niacina a partir del triptófano, aminoácido que forma parte de muchas proteínas que tomamos en una alimentación mixta. Consumirla en grandes cantidades reduce los niveles de colesterol en la sangre. Aunque las grandes dosis en periodos prolongados pueden ser perjudiciales para el hígado. Sin embargo, en países del Tercer Mundo, que se alimentan a base de maíz aparece la pelagra, enfermedad caracterizada por dermatitis, diarrea y demencia (las tres D de la pelagra).

Es vital en la liberación de energía para el mantenimiento de la integridad de todas las células del organismo y para formar neurotransmisores. Es esencial para la síntesis de hormonas sexuales, y la elaboración de cortisona, tiroxina e insulina en el organismo, ayudando, por tanto a mantener una piel sana y un sistema digestivo eficiente. Es indispensable para la salud del cerebro y del sistema nervioso.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B3

• Harina Integral de Trigo
• Pan de Trigo Integral
• Levadura de Cerveza
• Salvado de Trigo
• Hígado de Ternera
• Germen de Trigo
• Arroz Integral
• Almendras

Vitamina B5

Ácido Pantoténico o vitamina W. Desempeña un papel aun no definido en el metabolismo de las proteínas. Interviene en el metabolismo celular como coenzima en la liberación de energía a partir de las grasas, proteínas y carbohidratos. Se encuentra en una gran cantidad y variedad de alimentos (pantothen en griego significa "en todas partes"). Forma parte de la Coenzima A, que actúa en la activación de ciertas moléculas que intervienen en el metabolismo energético, es necesaria para la síntesis de hormonas antiestrés, a partir del colesterol, necesaria para la síntesis y degradación de los ácidos grasos, para la formación de anticuerpos, para la biotransformación y detoxificación de las sustancias tóxicas.

Su carencia provoca falta de atención, apatía, alergias y bajo rendimiento energético en general. Su falta en los animales produce caída del pelo y canicie; en los humanos se observa malestar general, molestias intestinales y ardor en los pies. A veces se administra para mejorar la cicatrización de las heridas, sobre todo en el campo de la cirugía.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B5

• Levadura de Cerveza
• Vegetales Verdes
• Yema de Huevo
• Cereales
• Vísceras
• Maní
• Carnes
• Frutas

Vitamina B6

Piridoxina. Actúa en la utilización de grasas del cuerpo y en la formación de glóbulos rojos. Mejora la capacidad de regeneración del tejido nervioso, para contrarrestar los efectos negativos de la radioterapia y contra el mareo en los viajes.

El déficit de vitamina B6 produce alteraciones como depresión, convulsiones, fatiga, alteraciones de la piel, grietas en la comisura de los labios, lengua depapilada, convulsiones, mareos, náuseas, anemia y piedras en el riñón.... Es esencial para el crecimiento ya que ayuda a asimilar adecuadamente las proteínas, los carbohidratos y las grasas y sin ella el organismo no puede fabricar anticuerpos ni glóbulos rojos. Es básica para la formación de niacina (vitamina B₃), ayuda a absorber la vitamina B_12, a producir el ácido clorhídrico del estómago e interviene en el metabolismo del magnesio. También ayuda a prevenir enfermedades nerviosas y de la piel.

Esta vitamina se halla en casi todos los alimentos tanto de origen animal como vegetal, por lo que es muy raro encontrarse con estados deficitarios.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B6

• Carne de Pollo
• Espinacas
• Garbanzos
• Cereales
• Aguacate
• Sardinas
• Plátano
• Lentejas
• Hígado
• Granos
• Atún
• Pan

VITAMINA B8

Vitamina H o Biotina. Es una coenzima que participa en la transferencia de grupos carboxilo (-COOH), interviene en las reacciones que producen energía y en el metabolismo de los ácidos grasos. Interviene en la formación de la glucosa a partir de los carbohidratos y de las grasas.

Es necesaria para el crecimiento y el buen funcionamiento de la piel y sus órganos anexos (pelo, glándulas sebáceas, glándulas sudoríparas) así como para el desarrollo de las glándulas sexuales. Una posible causa de deficiencia puede ser la ingestión de clara de huevo cruda, que contiene una proteína llamada avidina que impide la absorción de la biotina. Su carencia produce depresión, dolores musculares, anemia, fatiga, nauseas, dermatitis seborreica, alopecia y alteraciones en el crecimiento.

PRINCIPALES FUENTES DE BIOTINA

• Levadura de Cerveza
• Yema de Huevo
• leguminosas
• Riñones
• Coliflor
• Hígado
• Leche
• Frutas

Vitamina B12

Cianocobalamina. Esta vitamina Interviene en la síntesis de ADN, ARN. Es necesaria para la formación de nucleoproteínas, proteínas, glóbulos rojos y para el funcionamiento del sistema nervioso, para la movilización (oxidación) de las grasas y para mantener la reserva energética de los músculos. La insuficiencia de vitamina B12 se debe con frecuencia a la incapacidad del estómago para producir una glicoproteína que ayuda a absorber esta vitamina. El resultado es una anemia perniciosa, con los característicos síntomas de mala producción de glóbulos rojos, síntesis defectuosa de la mielina, pérdida del tejido del tracto intestinal, psicosis, degeneración nerviosa, desarreglos menstruales, úlceras en la lengua y excesiva pigmentación en las manos (sólo afecta a las personas de color).

Es la única vitamina que no se encuentra en productos vegetales.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B12

• Pescado
• Riñones
• Huevos
• Quesos
• Leche
• Carne

VITAMINOIDES

Falsas vitaminas.

Son sustancias con una acción similar a la de las vitaminas, pero con la diferencia de que el organismo las sintetiza por sí mismo. Entre ellas están:

• Inositol,
• Colina
• Ácido fólico

Inositol:

Forma parte del complejo B y está íntimamente unido a la colina y la biotina. Forma parte de los tejidos de todos los seres vivos: en los animales formando parte de los fosfolípidos, y en las plantas como ácido fítico, uniendo al hierro y al calcio en un complejo insoluble de difícil absorción.

El inositol interviene en la formación de lecitina, que se usa para trasladar las grasas desde el hígado hasta las células, por lo que es imprescindible en el metabolismo de las grasas y ayuda a reducir el colesterol sanguíneo.

Colina:

También se le puede considerar un componente del grupo B. Actúa al mismo tiempo con el inositol en la formación de lecitina, que tiene importantes funciones en el sistema lipídico. La colina se sintetiza en el intestino delgado por medio de la interacción de la vitamina B₁₂ y el ácido fólico con el aminoácido metionina, por lo que un aporte insuficiente de cualquiera de estas sustancias puede provocar su escasez. También se puede producir una deficiencia de colina si no tenemos un aporte suficiente de fosfolípidos o si consumimos alcohol en grandes cantidades.

Ácido Fólico:

Se le llama ácido fólico por encontrarse principalmente en las hojas de los vegetales (en latín folia significa hoja).

Junto con la vitamina B₁₂ participa en la síntesis del ADN, la proteína que compone los cromosomas y que recoge el código genético que gobierna el metabolismo de las células, por lo tanto es vital durante el crecimiento. Previene la aparición de úlceras bucales y favorece el buen estado del cutis. También retarda la aparición de las canas, ayuda a aumentar la leche materna, protege contra los parásitos intestinales y la intoxicación por comidas en mal estado.

Es imprescindible en los procesos de división y multiplicación celular, por este motivo las necesidades aumentan durante el embarazo (desarrollo del feto). En el embarazo las células se multiplican rápidamente y se forma una gran cantidad de tejido. Esto requiere bastante ácido fólico, razón por la que es frecuente una deficiencia de este elemento entre mujeres embarazadas. Participa en el metabolismo del ADN y ARN y en la síntesis de proteínas. Es un factor antianémico, porque es necesaria para la formación de las células sanguíneas, concretamente, de los glóbulos rojos.

Su carencia se manifiesta de forma muy parecida a la de la vitamina B12 (debilidad, fatiga, irritabilidad, etc.). Produce en los niños detenimiento en su crecimiento y disminución en la resistencia de enfermedades. En adultos, provoca anemia, irritabilidad, insomnio, pérdida de memoria, disminución de las defensas, mala absorción de los nutrimentos debido a un desgaste del intestino. Está relacionada, en el caso de dietas inadecuadas, con malformaciones en los fetos, dada la mayor necesidad de ácido fólico durante la formación del feto.

PRINCIPALES FUENTES DE ÁCIDO FÓLICO

• Vegetales Verdes
• Yema de Huevo
• Champiñones
• Legumbres
• Naranjas
• Cereales
• Hígado
• Nueces

Enzimas

Hasta finales del siglo XIX, estaba aceptado universalmente que los procesos de la vida eran el resultado directo de una fuerza vital y que ocurrían exclusivamente en las células. En el verano de 1896, esta doctrina llamada vitalismo, parte de las ideas de la generación espontánea, fue desacreditada por el experimento que dio origen al nacimiento de la Bioquímica. M Hahn, un científico alemán, trataba de separar proteínas de las levaduras moliéndolas en un mortero con arena muy fina y tierra de diatomeas, que no es sino las frústula o envoltura de las diatomeas unos protoctistas muy bonitos. El extracto de levadura se filtraba en un paño muy fino, pero desafortunadamente para Hahn, era muy difícil de preservar. Hans Buchner, colega de Hahn le recordó que la fruta se conserva agregándole azúcares, haciendo una mermelada; le sugirió agregar sacarosa al extracto de levaduras. El experimento lo realizó Eduard, hermano de Hans y que visitaba el laboratorio para experimentar precisamente con los extractos de levadura. Cuando agregó la sacarosa al extracto, observó que de la solución emergían burbujas. Eduard concluyó que la fermentación, el proceso descrito por Louis Pasteur como la vida sin aire, estaba ocurriendo. Actualmente esta observación tal vez no seria particularmente importante para nosotros, pero Buchner había demostrado que los procesos de la vida (la fermentación en este caso), podían ocurrir fuera de las células vivas. El fantasma poseído de la máquina viviente se había exorcizado.

La hipótesis de Buchner consistió en que la fermentación resulta de la actividad de una enzima, que él llamó zimasa. Actualmente llamamos a este proceso que realmente se lleva a cabo por 10 enzimas, glucólisis del griego glycos: dulce + lysis: ruptura. Por estas observaciones, Buchner recibió el premio Nobel de Química en 1907.

Eduard Buchner

Los sistemas vivientes están formados por una enorme variedad de reacciones bioquímicas, la inmensa mayoría de las cuales se llevan a cabo por entidades proteicas con actividad catalítica conocidas como enzimas. La enzimología, en estudio de las enzimas.

Virtualmente todas las reacciones en los seres vivos se llevan a cabo por enzimas, que son las proteínas que catalizan a las reacciones químicas, incrementando la velocidad a las cuales estas reacciones de manera natural ocurren, en el proceso las enzimas no resultan modificadas, es decir, el estado inicial de la enzima es igual al final. A pesar de la inmensa variedad de reacciones que son energéticamente posibles en los seres vivos, las enzimas conducen a los reactivos, a menudo denominados substratos, en las vías metabólicas de los seres vivos.

Definición:

Las enzimas son moléculas de proteínas que tienen la capacidad de facilitar y acelerar las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos vivos, disminuyendo el nivel de la "energía de activación" propia de la reacción.
Se entiende por "energía de activación" al valor de la energía que es necesario aplicar (en forma de calor, electricidad o radiación) para que dos moléculas determinadas colisionen y se produzca una reacción química entre ellas. Generalmente, las enzimas se nombran añadiendo la terminación "asa" a la raíz del nombre de la sustancia sobre la que actúan.

Las enzimas no reaccionan químicamente con las sustancias sobre las que actúan (que se denominan sustrato), ni alteran el equilibrio de la reacción. Solamente aumentan la velocidad con que estas se producen, actuando como catalizadores. La velocidad de las reacciones enzimáticas dependen de la concentración de la enzima, de la concentración del sustrato (hasta un límite) y de la temperatura y el PH del medio.

Las moléculas sobre las que actúa la enzima en el comienzo del proceso son llamadas sustratos, y estas los convierten en diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas.

Estructura y función de una enzima.

Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las reacciones químicas. En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud. Este hecho asegura que la enzima no participa en reacciones equivocadas. La enzima misma no se ve afectada por la reacción. Cuando los productos se liberan, la enzima vuelve a unirse con un nuevo sustrato.

Uno de los modelos más aceptados para explicar el mecanismo de acción de las enzimas, es el de "la llave y la cerradura"[1], que a la vez da luces sobre otro aspecto estructural de las enzimas.

Este modelo, propuesto por Emil Fisher en 1894, establece que durante las reacciones enzimáticas los compuestos se combinan con ciertos sitios específicos de las enzimas para convertirse en productos. Se le denomina sitio activo al lugar específico de la enzima donde ocurre la catálisis.

El sitio activo tiene una estructura tridimensional complementaria a la del sustrato, además de tener una distribución complementaria de áreas con carga y sin carga lo que facilita la unión entre el sustrato y el sitio activo.

Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos están catalizadas por enzimas. Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. En una reacción catalizada por un enzima:

1. La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.
2. El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamada centro activo. El centro activo comprende (1) un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y (2) un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción
3. Una vez formados los productos el enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción.

El enzima y su sustrato Unión al centro activo Formación de productos

Propiedades de las enzimas

Las enzimas son proteínas que incrementan la velocidad de una reacción química y no se consumen durante la misma (algunos tipos de ARN pueden actuar como enzimas, usualmente rompen y sintetizan enlaces fosfodiester; a estas moléculas se les denomina “ribozimas” y se encuentran en muy baja proporción en la naturaleza).

• Sitio activo:

Las moléculas de enzimas contienen hendiduras o cavidades denominadas sitio activo. El sitio activo está formado por las cadenas laterales de residuos específicos, lo que ocasiona que tenga un arreglo tridimensional particular, diferente al resto de la proteína. Este sitio es afín por la estructura tridimensional del sustrato:

El sitio activo la enzima (E) une al substrato (S) formando un complejo enzima-substrato (ES). En el complejo ES, E transforma a S en él o los productos, formando el complejo enzima-producto (EP), finalmente la enzima libera del sitio activo a P, regenerándose.

E + S D ES D E + P

• Eficiencia catalítica:

La mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas son muy eficientes y transcurren desde 10⁶ hasta 10¹⁴ veces más rápido que la misma reacción no catalizada. Típicamente, cada molécula de enzima es capaz de transformar cada segundo de 100 a 1000 moléculas de substrato en producto. El número de estas moléculas transformadas a producto por molécula de enzima en cada segundo, se conoce como el número de recambio.

Enzima		Velocidad en ausencia de enzima	Velocidad de reacción catalizada	Rendimiento
Anhidrasa carbónica Corismato mutasa Triosafosfato isomerasa Carboxipeptidasa A AMP nucleosidasa Nucleasa estafilococal		1.3 X 10 –1 2.6 X 10 –5 4.3 X 10 –6 3.0 X 10 –9 1.0 X 10 –11 1.7 X 10 -13	1.0 X 106 50 4300 578 60 95	7.7 X 106 1.9 X 106 1.0 X 109 1.9X 1011 6.0 X 1012 5.6 X 1014

Tabla: Eficiencia de las reacciones catalizadas por algunas enzimas.

• Especificidad:

Las enzimas son muy específicas por el substrato de la reacción que catalizan. Interactúan con una o muy pocas moléculas y catalizan únicamente un tipo de reacción, por lo que las moléculas con las que interactúan deben ser muy parecidas, tanto en composición, como en estructura tridimensional.

• Cofactores:

Algunas enzimas se asocian con moléculas de carácter no proteíco que son necesarias para el funcionamiento de la enzima, estas moléculas se denominan cofactores. Comúnmente, los factores encontrados en las enzimas incluyen iones metálicos como el Zn²⁺ o el Fe²⁺, también pueden ser moléculas orgánicas que se denomina coenzimas como el NAD⁺, FAD, la conezima A y la C, generalmente las coenzimas son derivados de las vitaminas. A la enzima en ausencia de su cofactor (cuando lo tiene), se le denomina apoenzima, en presencia de su cofactor (cuando lo tiene), se le denomina holoenzima. La apoenzima generalmente carece de actividad biológica. La diferencia entre un cofactor y un grupo prostético, como el grupo hemo, es que este último está unido de manera covalente a la enzima, mientras que el cofactor puede ser removido de la misma con relativa facilidad.

• Regulación:

La actividad enzimática puede ser regulada, esto quiere decir que dependiendo de los requerimientos metabólicos, las enzimas son activadas o inhibidas, para acelerar o disminuir la velocidad con la que catalizan la reacción, respondiendo así a las diferentes necesidades de sus productos en la célula. La regulación más común es modificando la concentración de su(s) substrato(s).

• Localización en la célula:

En los eucariontes o eucarióticas, muchas enzimas se localizan en organelos específicos en la célula. Esta compartamentalización ayuda a aislar los substratos de la reacción o productos de la misma, de tal forma que no hay competencia de reacciones, de esta manera se provee un medio favorable para la reacción, de tal forma que es posible localizar diferentes partes del metabolismo en diferentes organelos, haciendo a la célula una entidad organizada en donde simultáneamente funcionan miles de enzimas.

Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son:

• pH.
• Temperatura.
• Cofactores.
  

Tipos de Enzimas

Oxireductasas:Catalizan reacciones de Oxidoreducción o REDOX. tras la acción cataítica quedan modificados en su grado de oxidación por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar la reacción catalítica.

Ejemplos:Dehidrogenasas,Aminoxidasa, Deaminasa, Catalasa. d

Transferasas: Transfieren grupos activos(obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversion de azúcares, de aminoácidos, etc.

Ejemplos:Transaldolasas, Transcetolasas, Transaminolasas.

Hidrolasas:Verifican reacciones de Hidrólisis, con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Suelen ser de tipo digestivo, por lo que normalmente actuan en primer lugar.

Ejemplos:Glucosidasas, Lipasas, Peptidasas, Esterasas, Fosfatasas.

Isomerasas:Actúan sobre determinadas moléculas obteniedo de ellas sus isómeros de función o de posición. Suelen actuar en procesos de interconversión.

Ejemplos:Epimerasas, Mutasas

Liasas:Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" sin ir acoplados a sustancias de alto valor energético.

Ejemplos:Aldolasas, Decarboxilasas.

Ligasas:Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediate al acoplamiento a sustancias de alto valor energético(como el ATP).

Ejemplos: Carboxilasas, Peptidosintetasas.

Importancia biomédica de las enzimas

Sin enzimas, no sería posible la vida que conocemos. Igual que la biocatálisis que regula la velocidad a la cual tienen lugar los procesos fisiológicos, las enzimas llevan a cabo funciones definitivos relacionadas con la salud y la enfermedad. En tanto que, en la salud todos los procesos fisiológicos ocurren de una manera ordenada y se conserva la homeostasis, durante los estados patológicos, esta última puede ser perturbada de manera profunda. Por ejemplo, el daño tisular grave que caracteriza a la cirrosis hepática pueden deteriorar de manera notable la propiedad de las células para producir enzimas que catalizan procesos metabólicos claves como la síntesis de urea. La incapacidad celular para convertir el amoniaco tóxico a urea no tóxica es seguida por intoxicación con amoniaco y por ultimo coma hepático. Un conjunto de enfermedades genéticas raras, pero con frecuencia debilitantes y a menudo mortales, proporciona otros ejemplos dramáticos de las drásticas consecuencias fisiológicas que pueden seguir al deterioro de la actividad enzimática, inclusive de una sola enzima.

Después del daño tisular grave (por ejemplo, infarto del miocardio o pulmonar, trituración de miembros) o siguiendo a multiplicación celular descontrolada (por ejemplo, carcionoma prostatico), las enzimas propias de tejidos específicos pasan a la sangre. Por lo tanto, la determinacion de estas enzimas intracelulares en el suero sanguineo proporciona a los medicos informacion valiosa para el diagnostico y el pronostico.

Biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos formadas por sólo cuatro elementos, que son hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno, representando el 97,6 % de los átomos de los seres vivos.

Estos cuatro átomos forman las biomoléculas debido a sus tamaños atómicos y distribución electrónica que:

1. Facilitan la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos.
2. Facilitan a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C-C-C- para formar compuestos con número variable de carbonos.
3. Facilitan la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas heterocíclicas, etc.
4. Facilitan la posibilidad de que con pocos elementos se den una variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.

La célula contiene un gran número de moléculas. La estructura de cada molécula determina la reacción química en la que interviene y, por tanto, el papel que desempeña en los procesos vitales celulares.

Clasificación de las biomoléculas

• Según la naturaleza química las biomoléculas pueden ser:

1. Biomoléculas inorgánicas: Que no sólo son formadas por los seres vivos, pero son muy importantes para ellos. Como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4), bicarbonato (HCO4-) y cationes como el amonio (NH4+).
2. Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos: Que son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbonos. Como los Glúcidos (glucosa, glucógeno, almidón), los lípidos (ácidos grasos, triglicéridos, colesterol, fosfolípidos, glucolípidos), las proteínas (enzimas, hormonas, hemoglobina, inmunoglobulinas etc.), los ácidos nucleicos (ADN ARN)y los metabolitos (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etc.)

• Según el grado de complejidad estructural las biomoléculas pueden ser:

1. Precursoras: moléculas de peso bajo molecular, como el agua (H2O), anhídrido carbónico (CO2) o el amoníaco (NH3).
2. Intermediarios metabólicos: moléculas como el oxaloacetato, piruvato o el citrato, que posteriormente se transforman en otros compuestos.
3. Unidades estructurales También llamadas unidades constitutivas de macromoléculas como los monosacáridos (en celulosa, almidón), aminoácidos (de las proteínas), nucleótidos (# Macromoléculas: de peso molecular alto como los ya citados almidón, glucógeno, proteínas, ácidos nucleicos,grasas, etc.

En Resumen, los tipos más importantes de moléculas biológicas son los ácidos nucleicos, las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos.

Los ácidos nucleicos son responsables del almacenamiento y transferencia de la información genética. Son moléculas grandes formadas por cadenas largas de unas subunidades llamadas nucleótidos, que se disponen según una secuencia exacta. Cada nucleótido está formado por una molécula de azúcar, un grupo fosfato y uno de 4 posibles compuestos nitrogenados llamados bases. Estas subunidades, son 'leídas' por otros componentes de las células y utilizadas como patrones para la fabricación de proteínas.

Las proteínas son moléculas grandes formadas por pequeñas subunidades denominadas aminoácidos. Utilizando sólo 20 aminoácidos distintos, la célula elabora miles de proteínas diferentes, cada una de las cuales desempeña una función altamente especializada. Las proteínas más interesantes para los bioquímicos son las enzimas, moléculas 'trabajadoras' de las células. Estas enzimas actúan como promotores o catalizadores de las reacciones químicas.

Los hidratos de carbono son las moléculas energéticas básicas de la célula. Contienen proporciones aproximadamente iguales de carbono e hidrógeno y oxígeno. Las plantas verdes, algunas bacterias, protozoos y algas utilizan el proceso de la fotosíntesis para formar hidratos de carbono simples (azúcares) a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. Los animales, sin embargo, obtienen sus hidratos de carbono de los alimentos. Una vez que la célula posee hidratos de carbono, puede romperlos para obtener energía química o utilizarlos como base para producir otras moléculas.

Los lípidos son sustancias grasas que desempeñan diversos papeles en la célula. Algunos se almacenan para ser utilizados como combustible de alto valor energético, mientras que otros se emplean como componentes esenciales de la membrana celular.

Las células tienen también muchos otros tipos de moléculas. Estos compuestos desempeñan funciones muy diversas, como el transporte de energía desde una zona de la célula a otra, el aprovechamiento de la energía solar para conducir reacciones químicas, y como moléculas colaboradoras (cofactores) en las acciones enzimáticas. Todas éstas, y la misma célula, se hallan en un estado de variación constante. De hecho, una célula no puede mantenerse viva a menos que esté continuamente formando y rompiendo proteínas, hidratos de carbono y lípidos; reparando los ácidos nucleicos dañados y utilizando y almacenando energía. El conjunto de estos procesos activos y dependientes de la energía se denomina metabolismo. Uno de los objetivos principales de la bioquímica es conocer el metabolismo lo suficiente como para predecir y controlar los cambios celulares. Los estudios bioquímicos han permitido avances en el tratamiento de muchas enfermedades metabólicas, en el desarrollo de antibióticos para combatir las bacterias, y en métodos para incrementar la productividad industrial y agrícola. Estos logros han aumentado en los últimos años con el uso de técnicas de ingeniería genética.

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