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lunes, 9 de julio de 2012

El proceso de la Fermentación

La Fermentación es la descomposición de moléculas de glucosa, las cuales son ricas en energía. Mediante la fermentación la célula libera energía la cual se acumula en forma de ATP. El proceso es anaeróbico ( se produce en ausencia de O2 ) y se lleva a cabo en el citosol de la célula. La fermentación es de bajo rendimiento si se compara con la respiración celular sin embargo es importante en los organismos que carecen de mitocondrias y por consiguiente de metabolismo aeróbico o bien en situaciones en que la condiciones de oxigenación no son la más adecuadas o que se requiera de energía a corto plazo.

La fermentación empieza igual que la respiración celular por medio de la Glucólisis ( ruptura de la glucosa ) y luego toma otra vía metabólica en la cual no se utiliza oxígeno. La glucólisis se divide en varias etapas y se puede resumir a continuación:


Glucólisis

La glucólisis consiste en un conjunto de reacciones en las cuales la glucosa se parte en 2 moléculas más pequeñas, y se forman al final 2 moléculas de piruvato. Esto se resume en la siguiente ecuación:


Al final de este proceso se producen 4 moléculas ATP, pero se gastan 2 por lo que la GANANCIA NETA es de 2 ATP. Además al romperse la glucosa se liberan un total de 4 electrones que son tomados por la molécula de NADH + H+ y se utilizan luego al final en la fermentación.

La glucólisis produce un total de:

2 ATP ( por ganancia neta )
6 ATP ( por transporte de electrones )
______ =
8 ATP

Reacciones de la Glucólisis 
1. La molécula de glucosa obtiene un fosfato del ATP y se convierte en glucosa – 6 fosfato.
2. Luego esta se transforma en fructosa – 6 fosfato
3. A continuación otra molécula de ATP cede otro fosfato, formando así fructosa – 1, 6 difosfato.
4. El compuesto formado es de alta energía y muy inestable por los cual esta molécula se "rompe" formando así ( al final ) 2 moléculas de gliceraldehído - fosfato (PGAL)


5. A partir del PGAL se da la formación de 2 moléculas de ATP, cuando las 2 moléculas de PGAL se transforman en 2 moléculas de ácido 1,3 difosfofosfoglicérico, cediendo dos fosfatos a dos moléculas de ADP, acá intervienen 2 moléculas de NAD+ que se llevan los 2 hidrógenos.

6. El ácido 1, 3 difosfoglicérico se transforma en 2 moléculas de ácido 3 fosfoglicérico y al ceder los dos fosfatos se forman 2 moléculas de ATP


7. El ácido 3 fosfoglicérico se transforma en ácido 2 fosfoglicérico


8. Éste a su vez se transforma en Ácido 2 Fosfoenolpirúvuco al perder una molécula de Agua
9. Que a su vez se transforma en ácido pirúvico cediendo 2 fosfatos a 2 moléculas de ADP formando así 2 ATP más.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA:

La llevan a cabo principalmente las levaduras, al final de este proceso se obtiene etanol, CO2, y ATP. Este proceso se utiliza en la industria de las bebidas alcohólicas ( vino, cerveza ). En este proceso el Piruvato producido en la Glucólisis sufre una modificación diferente a la que sufriría si se continúa con el proceso de la respiración, además el NADH + H+ se utiliza en este proceso para transformar el acetaldehído en etanol. Es producida también por otras especies de levadura (Torulopsis, Candida), ciertas especies de Mucor y algunas otras bacterias.

La ecuación que resume la fermentación alcohólica es la siguiente:


FERMENTACIÓN LÁCTICA:
Ésta se lleva a cabo en células animales en el tejido muscular fuerte. La glucosa se degrada hasta ácido láctico, CO2 y ATP.  Este proceso es el causante del arratonamiento en el músculo por la acumulación del ácido Láctico que al ser poco soluble en el Citoplasma forma cristales.  Los organismos que producen la fermentación láctica no contienen la enzima carboxilasa, por lo cual el ácido pirúvico no puede ser descarboxilado hasta acetaldehído, como ocurría en la fermentación alcohólica, y es hidrogenado hasta ácido láctico:

La ecuación que resume le proceso de la Fermentación láctica es la siguiente:
Existen otros tipos de fermentación mas alla de las dos anteriores como por ejemplo la fermentación acética y butírica.  Son menos comunes en la naturaleza.

Fermentación propiónica. 
Convierte el azúcar, por vía del ácido láctico, en ácido propiónico. Es producida por el Propionibacierium. La fermentación propiónica de hexosas se hace de dos maneras:
      
Hexosas ------------------- ácido láctico -------------------------  ácido propiónico
Hexosas ------------------- ácido pirúvico ------------------------- ácido propiónico
Su ecuación fundamental es la siguiente:

      3C6HI206 ------------------------- 4CH3-CH2 - COOH + 2CH3-COOH + 2CO2 + 2H2O
 ácido propiónico
Fermentación butírica. 
El ácido butírico se puede formar en la fermentación de los hidratos de carbono: almidón, azúcar de caña, glucosa, galactosa, Inaltosa y levulosa, y también del ácido láctico. La produce principalmente Clostridiutn butyricttrii. La fermentación en la que hay desprendimiento de gas, se produce según la siguiente reacción:
C6H1206 ----------------------------------- CH3 - (CH2)2 – COOH + 2CO2 + 2H2
El ácido butírico, en esta fermentación, sólo se produce en condiciones anaeróbicas absolutas.
 ácido butírico
Fermentaciones oxidativas
En ellas el óxido actúa como aceptor del hidrógeno liberado en los procesos enzimáticos. Las fermentaciones oxidativas son, en principio, de la misma naturaleza que el proceso respiratorio; sin embargo, la fermentación no conduce a la formación de C02 y H2O, sino a productos de transición de oxidación intermedia.
Fermentación acética

La fermentación acética ocurre principalmente por bacterias del género Acetobacter, la cuales transforman el alcohol en ácido acético.  La fermentación acética del vino forma el el vinagre cuando hay exceso de oxígeno.
 Su ecuación general es la siguiente
 
      CH3 – CH2 – OH + O2 ----------------------------   CH3 – COOH + H20
La fermentación acética se realiza vía acetaldehído, como producto intermedio y con la formación de Peróxido de Hidrógeno ( agua oxigenada ). La catalasa descompone el agua oxigenada en agua y oxígeno libre.

ácido acético
Fermentación cítrica. 
La producen especies de Citromyces, Aspergillus, entre otros. La ecuación fundamental que nos muestra la conversión de una hexosa en ácido cítrico es la siguiente:

      3C6H12O6 + 9O2 ----------------------------   2C6H8O7 + 6C02 + OH2O
Se parte como material fermentado de una solución al 10-12 de azúcar de caña. 
  ácido cítrico
Fermentación oxálica. 
La realizan en la Naturaleza muchos microorganismos, especialmente mohos, convirtiendo el azúcar en ácido oxálico.
 ácido oxálico
Fermentación fumárica. 
Las hexosas se convierten en ácido fumárico por la acción de Rhizopus nigricans, Aspergillus niger y otros mohos, en presencia de carbonato de calcio. Las hexosas son oxigenadas, vía alcohol, ácido acético y ácido succínico hasta ácido fumárico:
      C6HI2O6 + 3O2 ----------------------------   C4H4O4 + 2CO2 + 4H2O
 ácido fumárico
Fermentación glucónica. 
La produce Aspergillus niger y algunas especies de Penicillium. La enzima que interviene es una oxidasa llamada gluco-oxidasa. Produce acido glucónico mediante la enzima catalasa y la accion de microorganismos
. 
 acido glucónico
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Para leer más




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Fermentación 




lunes, 19 de marzo de 2012

Vitaminas ( estructura y funciones básicas )



Son compuestos orgánicos que tienen diversas funciones bioquímicas y en general el organismo animal no es capaz de sintetizarlas, todas son producidas por los vegetales excepto B12.

Las vitaminas se clasifican de acuerdo a su solubilidad en agua en:

Hidrosolubles: Complejo B y Ácido Ascórbico ( Vitamina C )
Liposolubles: A, D, E, K. Se presentan en forma de aceites.

Vitaminas Hidrosolubles

 Las vitaminas hidrosolubles pueden ser excretadas por medio de la orina, el sudor o la leche, no se tienden a acumular, pero las liposolubles solamente pueden excretarse a través e la Bilis, la acumulación de estas es tóxica y suele ser mortal ( sobre todo las vitaminas A y D ). Las vitaminas tienden a acumularse en el hígado.

Complejo B


Consiste en un grupo de vitaminas que en general actúan como coenzimas en muchas de las reacciones bioquímicas del organismo. Las fuentes principales de vitaminas del complejo B son los cereales, las levaduras y el hígado, los herbívoros pueden sintetizarlas a través de la simbiosis que mantienen en sus tractos intestinales con bacterias que las producen.
Tiamina ( B1 )
Se encuentra principalmente en la cáscara de los cereales, las carnes rojas, vísceras, algunas frutas y la leche. Una tiaminadifosfatotransferasa dependiente de ATP ( presente en el encéfalo y el hígado ) se encarga de la conversión de la Tiamina a su forma activa difosfato de Tiamina o Tiamina pirofosfato.
Esta coenzima ( TPP ) actúa transportando grupos aldehído en el proceso de descarboxilación de los alfa-cetoácidos. La deficiencia de tiamina afecta el metabolismo de carbohidratos lo que altera el sistema nervioso y el Sistema Cardiovascular, la deficiencia produce el Beri - Beri ( neuritis periférica que degenera en parálisis y atrofia muscular, además problemas cardiovasculares y anorexia ). La tiamina es absorbida a través del intestino delgado. De allí se lleva al hígado y se transforma en TPP. Algunos helechos producen antagonistas de la Tiamina por lo que al ingerirlos en algunos animales se produce un estado de shock.
Niacina ( B3 )

En la naturaleza se encuentra en forma de ácido nicotínico y nicotín amida, es sintetizada a partir del triptófano. La contienen el hígado y al carne. Esta vitamina forma parte de dos coenzimas de mucha importancia en el organismo:
NAD+: Dinucleótido de Nicotínamida – adenina

NADP+: Dinucleótido de Nicotínamida – adenina fosfato


 NAD y NADP

Estos dinucleótidos son de vital importancia en las reacciones de oxidoreducción. El NAD+ se encarga de transportar dos hidrógenos ( un hidruro y un protón ) en las reacciones de deshidrogenación y llevarlas a la cadena respiratoria de la mitocondria. El NADP+ participa en las reacciones de la fase lumínica de la fotosíntesis. La deficiencia de esta vitamina produce Pelagra ( Demencia, Diarrea, Dermatitis )

Riboflavina ( B2 )
Es una vitamina que se encuentra principalmente en la leche, hígado, vegetales de hoja verde y el huevo, es una sustancia muy sensible a la luz que la descompone en pocas horas. Es sintetizada por las plantas verdes, hongos y bacterias. En la naturaleza se encuentra como 2 coenzimas:

FMN:
Flavina mononucleótido
FAD: Flavina – Adenina Dinucleótido

La importancia de estas coenzimas es que funcionan transportando hidrógenos hacia o dentro de la cadena respiratoria, por lo cual son importantes en el metabolismo intermedio al producir energía
Complejo B6

Este complejo está relacionado en el metabolismo de proteínas ( el fosfato de piridoxal está relacionado con las reacciones de transaminación y descarboxilación de aminoácidos ), así como la síntesis de neurotransmisores, histamina, así como el ácido gamma - aminolevalénico ( precursor de las porfirinas, clorofilas, vitamina B12, Hemoglobina y Mioglobina ). Es sintetizada por la flora intestinal. Se encuentra en tres formas biológicas:

La importancia de estas coenzimas es que funcionan transportando hidrógenos hacia o dentro de la cadena respiratoria, por lo cual son importantes en el metabolismo intermedio al producir energía



Ácido Pantoténico
El ácido pantoténico es la Coenzima A y la forma parte de la proteína transportadora de acilos ( ACP ). El ácido pantoténico se absorbe en el intestino, el cual es fosforilado y forma el grupo prostético de la CoA y ACP. El grupo CoA contiene un nucleótido de Adenina. El ácido pantoténico contiene un grupo tiol que es portador de radicales acilo hacia el ciclo del ácido cítrico, oxidación y síntesis de ácidos grasos, acetilaciones y síntesis de colesterol. La ACP participa en reacciones de síntesis de ácidos grasos. Se encuentra en la mayoría de los alimentos y es muy abundante en las carnes, cereales y legumbres.


Biotina

La biotina en el ser humano se obtiene de la flora intestinal. Es coenzima de los complejos descarboxilasa en el organismo. En algunos casos existe enfermedad por inmunodeficiencia en niños por el déficit de esta vitamina.

Ácido Fólico

Es sintetizada por microorganismos y en los vegetales de hoja verde, la carne, el huevo y el hígado. Forma parte de la coenzima FH4 ( ácido tetrahidrofólico ) la función de este es el transporte de grupos de 1 C a excepción de CO2 , y la síntesis de nucleótidos de Timina, y la síntesis de purinas.
La carencia de esta produce anemia megaloblástica. Es un factor de crecimiento bacteriano, las sulfas son ihnhibidores competitivos de esta.

Cobalamina ( Vitamina B12 )

Se excreta por la orina y la bilis, se almacena de 3 a 5 años, forma varias coenzimas que participan en reacciones de isomerización ( mutasas ). Está ausente en los vegetales y es muy sensible a la luz del sol., es necesaria para la síntesis de las bases púricas y pirimídicas. También interviene en la síntesis de las vainas de mielina. Para ser absorbida necesita una proteína ( factor intrínseco ), que permita el paso por las células parietales del intestino. La deficiencia produce anemia perniciosa. La cual es una enfermedad que se da por destrucción de la mucosa gástrica ( destrucción de los factores extrínsecos ) que entran por error al torrente sanguíneo y son atacados por el sistema inmune.

Ácido Ascórbico ( Vitamina C )
Es un derivado de monosacárido, se encuentra en los cítricos, se almacena en el hígado de 3 a 4 meses. Actúa como secuestrador de radicales libres ( antioxidante ) que atacan proteínas, ADN, ARN en medio hidrofílico. Proteje a estas y otras moléculas de daños oxidativos causados por estos oxidantes, por lo tanto previene enfermedades como cáncer y cataratas. Es necesaria para la absorción de hierro en el intestino delgado, la síntesis de colágeno y condroitín sulfato ( componentes de tejido conectivo ). La deficiencia produce el escorbuto ( fragilidad capilar ). En megadosis previene y alivia los síntomas del resfrío común y aumenta la resistencia a infecciones virales y bacterianas.

 Vitaminas Liposolubles


Retinol ( Vitamina A )
Se excreta en pequeñas cantidades por la bilis, en exceso produce intoxicaciones y hasta la muerte. Es un derivado del isopreno, se encuentra principalmente en el hígado. Es de origen animal y es muy sensible a la oxidación. En los vegetales existe un precursor de esta ( provitamina A ) que es el beta - caroteno.
El beta - caroteno es un secuestrador de radicales libres. Participa en el ciclo de la visión ( especialmente visión nocturna al participar en la síntesis de rodopsina el pigmento de los bastones ), la producción de esperma, el desarrollo embrionario, desarrollo óseo, y diferenciación de los tejidos.


 beta-caroteno
Calcitrol ( Vitamina D )

Es una prohormona esteroidea, representada en un grupo de animales pero también se encuentra en plantas y levaduras. En el organismo se sintetiza a partir de ergosterol y 7 – deshidrocolesterol por acción de la luz solar, que produce una hormona precursora del calcitrol, el cual es de vital importancia en el metabolismo del calcio y el fosfato. La deficiencia de esta produce raquitismo y osteomalalcia, las cuales son malformaciones óseas. Los aceites de pescado, la yema de huevo y el hígado son fuentes naturales de esta vitamina.
Tocoferol ( Vitamina E )

Actúa como agente antioxidante de grasas insaturadas, e inhibe el ataque de radicales libres a los fosfolípidos de membranas o la oxidación de unidades de ADN o ARN, es uno de los antioxidantes naturales má importantes. Evita que la piel se afecte con las quemaduras de sol, es importante como antihemolizante y en la reproducción de animales. El Tocoferol se encuentra disuelto entre las grasas de la dieta, y se libera y absorbe durante la digestión de las mismas. La deficiencia de vitamina E produce anemia en el recién nacido, por la baja producción de hemoglobina y un acortmiento en la vida media del eritrocito, y en ocasioines, trastornos a nivel neurológico. Se destruye por el cocinado comercial y procesamiento de alimentos, incluyendo el congelado. Se encuentra en algunos productos como el germen de trigo, los aceites de soya, maíz y girasol.

 
Vitamina K

Son de suma importancia en la reacciones de la coagulación sanguínea, los factores de la coagulación se activan por la carboxilación de los mismos, y la vitamina K es la coenzima de estas reacciones. Para entrar al cuerpo debe ser absorbida por las sales biliares, luego va al hígado y se activa en un ciclo. Es abundante en los alimentos, además se produce por la flora intestinal. En los lactantes puede haber deficiencia que causa la enfermedad de la hemorragia del recién nacido. La esterilización del intestino por antibióticos puede ser una causa de deficiencia, así como la mala absorción de lípidos.


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Vitaminas, genes y anomalías congénitas