En 1912 el bioquímico inglés F. Hopkins descubrió que las ratas sometidas a una dieta de productos "purificados", conteniendo todas las sustancias

Transcripción

1 En 1912 el bioquímico inglés F. Hopkins descubrió que las ratas sometidas a una dieta de productos "purificados", conteniendo todas las sustancias consideradas hasta ese momento necesarias para la nutrición, detenían su proceso de crecimiento, que se volvía a iniciar cuando a las ratas se le suministraba a diario una pequeña cantidad de leche fresca. Este y otros experimentos similares demostraron la existencia en los alimentos de ciertas sustancias orgánicas, desconocidas hasta entonces, indispensables para el desarrollo animal. 1

2 Posteriormente, el bioquímico C. Funk propuso denominar Vitaminas (vita: vida, y amina: sustancia química). En tan solo veinte años (de 1928 a 1948) se identificaron todas las vitaminas; se determinó su estructura química; se produjeron de forma sintética en el laboratorio y se estableció su papel en los procesos nutritivos. Gracias a este esfuerzo científico, hoy conocemos bien las vitaminas indispensables en la dieta y se ha podido erradicar varias enfermedades que fueron plaga de la humanidad durante largo tiempo. Pese a su carácter de nutrientes esenciales las vitaminas no desempeñan funciones plásticas ni energéticas. Son sustancias químicas de acción enzimática, imprescindibles en pequeñas cantidades para el funcionamiento de un organismo. Son fundamentales para la conversión en energía de los componentes nutritivos básicos de los alimentos. Además nos protegen de enfermedades e infecciones. El organismo no las produce pero sí las almacena y consume las reservas que posee. 2

3 Participan en numerosos procesos fisiológicos. Muchas integran sistemas enzimáticos en carácter de coenzimas o formando parte de ellas, otras cumplen su papel de modo similar al de las hormonas. A excepción de 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, nuestro cuerpo no puede sintetizar estas sustancias, y por lo tanto, las debe adquirir mediante la alimentación, y de ahí su importancia. A diferencia de los glúcidos, los lípidos y las proteínas, no poseen un valor nutritivo y están contenidas en los alimentos, tanto de origen animal como vegetal, aunque son más profusas en los últimos. Son sustancias lábiles (se alteran por cambios de temperatura, ph, y por almacenamientos prolongados). Abundan en los alimentos frescos y mucho más en las frutas y las verduras, pero la cocción prolongada de algunos alimentos y la larga conservación destruyen buena parte de su contenido vitamínico. 3

4 Las características de las vitaminas pueden resumirse en los siguientes puntos: Son compuestos orgánicos relativamente sencillos. La composición química es heterogénea. Son indispensables para el desarrollo normal de la actividad metabólica. Suelen ser de origen vegetal. Los animales no pueden sintetizarlas y, si lo hacen, es en cantidades insuficientes. Son sustancias lábiles que se alteran con facilidad y resisten mal los cambios de temperatura y los almacenamientos prolongados. 4

5 Son aquellas que se disuelven en agua. Se trata de coenzimas o precursores de coenzimas, necesarias para muchas reacciones químicas del metabolismo y no se almacenan en el organismo. Esto hace que se deban aportarse regularmente y solo puede prescindirse de ellas durante algunos días. Pertenecen a este grupo el complejo B (Tiamina, Riboflavina, Ácido Nicotínico, Ácido Pantoténico, Piridoxina, Biotina, Ácido Fólico, Cobalamina) y la vitamina C. A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores. Estos pueden ser iones inorgánicos como el Fe 2+, Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, etc. Casi un tercio de las enzimas conocidas requieren cofactores. Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama COENZIMA. Muchas de estas coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. 5

6 Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos covalentemente a la enzima se llaman grupos prostéticos. La forma catalíticamente activa de la enzima, es decir, el enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que: Apoenzima + Grupo Prostético = Holoenzima La vitamina B 1, es una molécula que consta de dos heterociclos: un anillo pirimidina, con un grupo amino, unido a un anillo tiazol azufrado por un puente metileno. Su forma activa es el Pirofosfato de Tiamina (TPP). Tiamina Pirofosfato Quinasa ATP AMP Pirofosfato de Tiamina 6

7 Juega un papel importante en el metabolismo de glúcidos principalmente para producir energía; además de participar en el metabolismo de grasas, proteínas y ácidos nucleicos. Es esencial para el crecimiento y desarrollo normal y ayuda a mantener el funcionamiento propio del corazón, sistema nervioso y digestivo. Se encuentra en los cereales y panes fortificados, en el pescado, las carnes magras y la leche. Forma parte de sistemas multienzimáticos que catalizan la descarboxilación oxidativa de α- cetoácidos. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la piruvato descarboxilasa en el Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH) y de la α-cetoglutarato deshidrogenasa en el Ciclo de Krebs. Interviene como coenzima de transcetolasas que catalizan la transferencia del grupo cetol (-CO-CH 2 OH). Ejemplos de esta función la cumple actuando con algunas enzimas que intervienen en la Vía de las Pentosas Fosfato. 7

8 La vitamina B 2, está formada por un núcleo flavina (base nitrogenada compuesta por tres anillos condensados) unido a un resto alditol D-ribitol (polialcohol derivado de ribosa). Su forma activa es la Flavina Mononucleótido (FMN) y la Flavina Adenina Dinucleótido (FAD). ATP ADP Flavina Quinasa Riboflavina Flavina mononucleótido (FMN) Es fundamental en los procesos enzimáticos de la respiración celular. Se encuentra en cereales, nueces, leche, huevos, vegetales de hojas verdes y carnes magras. FAD forma oxidada FADH 2 forma reducida 8

9 La riboflavina es integrante de las coenzimas FMN y FAD, los cuales se encuentran como grupos prostéticos de las flavoproteínas, que actúan como oxidorreductasas, que catalizan la transferencia de electrones e hidrógenos. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la dihidrolipoil deshidrogenasa en el Complejo Piruvato Deshidrogenasa, de la succinato deshidrogenasa en el Ciclo de Krebs y de la acil-coa deshidrogenasa en la β-oxidación de ácidos grasos. La vitamina B 3, está formada por un núcleo piridina (base nitrogenada). Su forma activa es la Nicotinamida, que integra las moléculas de Nicotinamida Adenina Dinucleótido (NAD + ) y Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato (NADP + ). Puede sintetizarse a partir del triptófano pero no en las cantidades requeridas para su uso. Nicotinamida Ácido Nicotínico 9

10 Es fundamental en el metabolismo de glúcidos, proteínas y lípidos. Interviene en el funcionamiento del aparato digestivo, la piel y los nervios. Se encuentra en productos lácteos, nueces, huevos, pollo, pescados y carnes magras. NADP + forma oxidada NAD + forma oxidada NADPH + H + forma reducida NADH + H + forma reducida NAD + y NADP + actúan como coenzimas de oxidorreductasas, que catalizan la transferencia de electrones e hidrógenos. Las enzimas dependientes de NAD + transfieren los hidrógenos a la cadena respiratoria; las dependientes de NADP + lo hacen hacia la biosíntesis de lípidos. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la mayoría de los procesos metabólicos de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (con excepción de las pocas reacciones en las que participa FAD). 10

11 La vitamina B 5, está formada por la β-alanina y el ácido pantoico, unidos por un enlace amida. Su forma activa es la Coenzima A (CoA) y la Proteína Transportadora de Acilos (ACP). Ácido Pantoico β-alanina Ácido Pantoténico El ácido pantoténico es esencial para el metabolismo de glúcidos, proteínas y lípidos, así como para la síntesis de las hormonas y el colesterol. Se encuentra en cereales integrales, legumbres, huevos y carnes. Coenzima A 11

12 La Coenzima A tiene la función de actuar como transportador de grupos acilos, su unión a restos acilos los capacita para muchas reacciones. Además, es requerida por complejos multienzimáticos de descarboxilación oxidativa de α-cetoácidos. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la mayoría de las acetilaciones biológicas. La vitamina B 6, es un derivado de la piridina. Puede encontrarse como Piridoxal, que surge por oxidación de la piridina, y la Piridoxamina, amina derivada de la piridina. Su forma activa es el Fosfato de Piridoxal. Piridoxina Piridoxal Piridoxamina 12

13 Como coenzima, el fosfato de piridoxal participa en varias transformaciones metabólicas de aminoácidos, entre ellas descarboxilación, desaminación y transaminación, así como pasos enzimáticos en el metabolismo de aminoácidos que contienen sulfuro e hidroxi. Se encuentra en cereales, frijoles, legumbres, nueces, huevos, pescados, pan y carnes. Fosfato de Piridoxal Es coenzima de transaminasas que catalizan la transferencia del grupo amina de un aminoácido a un α-cetoácido. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la glutamato deshidrogenasa en el Ciclo de la Urea. También interviene como coenzima de la glucógeno fosforilasa que cataliza la ruptura de la molécula de glucógeno a glucosa-1-fosfato, en la vía de degradación del glucógeno. 13

14 La vitamina B 8, está constituida por un núcleo tiofeno unido a una molécula de urea. Uno de los carbonos del núcleo tiofeno posee como cadena lateral al ácido valérico. Urea Tiofeno Ácido Valérico Como coenzima, la biotina interviene en las reacciones que producen energía en el metabolismo de proteínas y glúcidos y en el metabolismo de los ácidos grasos poliinsaturados, al igual que en la producción de hormonas. Además de los alimentos, la biotina es sintetizada por la flora intestinal. Esta constituye la principal fuente de biotina. 14

15 Es coenzima de carboxilasas, que catalizan la fijación de CO 2, y de transcarboxilasas, que catalizan la transferencia de un grupo carboxilato. Ejemplos de esta función la cumple como coenzima de la acetil-coa carboxilasa en la lipogénesis y de la piruvato carboxilasa en la gluconeogénesis. La vitamina B 9, está constituida por un núcleo pterina unido a una molécula de ácido para-aminobenzoico (PABA) y a uno o más restos de ácido glutámico. El ácido fólico es reducido dentro de las células (principalmente del hígado donde se almacena) a Tetrahidrofolato (THF). *las posiciones 7 y 8 llevan hidrógenos en el dihidrofolato (DHF) *las posiciones 5-8 llevan hidrógenos en el tetrahidrofolato (THF) Ácido Glutámico Pteridina PABA 15

16 Interviene en la síntesis de purinas y pirimidinas, por ello participa en el metabolismo del ADN, ARN y proteínas. Por lo cual es imprescindible en los procesos de división y crecimiento celular (desarrollo del feto). Además cumple un rol principal en la formación de glóbulos rojos. Se encuentra en frijoles, legumbres, cítricos, granos enteros, hortalizas de hojas verdes, mariscos, hígado y carnes de cerdo y de aves. La función de los derivados de THF es llevar y transferir varias formas de unidades de carbono durante las reacciones biosintéticas. Las unidades de un carbono son tanto grupos metil, metileno, metenil, formil o formimino. Estas reacciones de transferencia de un carbono son requeridas en la biosíntesis de serina, metionina, glicina, colina y los nucleótidos purina y dtmp. 16

17 La vitamina B 12, está constituida por un núcleo tetrapirrólico (semejante al hemo) en cuyo centro se encuentra un átomo de cobalto. Este núcleo se encuentra unido a un nucleótido. La forma activa de la vitamina es la Cianocobalamina. Forma parte como coenzima necesaria en el metabolismo de proteínas y de ácidos nucleicos. Para poder absorberse necesita unirse al Factor Intrínseco (glucoproteína producida por las células parietales de la mucosa gástrica). El complejo formado se absorbe en intestino y una vez dentro de la célula se hidroliza liberando la vitamina que pasa a sangre unida a una proteína específica, la Transcobalamina II. Se encuentra en huevos, carnes de res y de aves, mariscos, leche y sus derivados. 17

18 Hay solamente dos reacciones clínicas significativas en el cuerpo que requieren de vitamina B 12 como cofactor. Interviene como coenzima de la homocisteína metiltransferasa, que cataliza la conversión de homocisteína en metionina. Interviene como coenzima de la metilmalonil-coa mutasa, que cataliza la isomerización de L- metilmalonil-coa a succinil-coa. La vitamina C, es el Ácido L-ascórbico. No es sintetizable por el organismo, por lo que se debe ingerir desde los alimentos que lo proporcionan: vegetales verdes, frutas cítricas y papas. 18

19 La vitamina C ayuda al desarrollo de dientes y encías, huesos, a la absorción del hierro y el calcio, al crecimiento y reparación del tejido conectivo normal. Es un agente antioxidante, eliminador de radicales libres en el metabolismo celular. Actúa como coenzima en la síntesis del colágeno y de la sustancia intercelular cementante de los capilares sanguíneos. Estimula las defensas contra las infecciones. Coenzima en la síntesis de catecolaminas y esteroides. 19

20 No son solubles en agua y químicamente se trata de lípidos insaponificables, caracterizados por su incapacidad para formar jabones, ya que carecen en sus moléculas de ácidos grasos unidos mediante enlaces éster. Tienen funciones específicas, son poco alterables, se almacenan en el organismo y no se absorben ni se eliminan tan rápidamente como las vitaminas hidrosolubles. Su carencia estaría basada en malos hábitos alimentarios. En este grupo entran las vitaminas A, D, E y K. Los retinoides son una familia de moléculas con un grupo hidroxido (retinol), un grupo aldehído (retinal) o un grupo ácido carboxílico (ácido retinoico). La vitamina A, es un diterpeno que puede presentar dos formas moleculares: A 1, A 2. Está presente en los alimentos de origen animal en forma de vitamina A pre-formada y se la llama retinol mientras que en los vegetales aparece como provitamina A, conocidos como carotenos (pigmentos naturales que se encuentran en frutas y hortalizas de color rojo, naranja y amarillo, o vegetales verdes oscuros) entre los que se destaca el β-caroteno. 20

21 Puede encontrarse en todos los vegetales amarillos a rojos, o verdes oscuros verdes y legumbres frescas. Sistema óseo: necesaria para el crecimiento y desarrollo de huesos. Desarrollo celular: es necesaria para el mantenimiento de los tejidos epiteliales. Sistema inmune: estimula las funciones inmunes. Sistema reproductivo: contribuye a la producción de esperma como así también al ciclo normal reproductivo femenino. Visión: es fundamental para la visión, ya que el Retinol contribuye a mejorar la visión nocturna. También ayuda a combatir infecciones bacterianas. Antioxidante: previene el envejecimiento celular y la aparición de cáncer, ya que elimina los radicales libres. 21

22 La vitamina D, es un esterol que presenta cuatro formas moleculares: D 2 (calciferol), D 3 (colecalciferol), D 4, D 5. Se encuentra en distintos alimentos en forma de precursores y también puede ser producida por nuestro organismo luego de la exposición a los rayos ultravioletas emitidos por el sol. Puede encontrarse en leche, quesos, huevos, manteca, mantequilla, margarina, aceite de hígado de pescados, pescados grasos (alimentos abundantes en ácidos grasos omega 3). Los vegetales contienen cantidades de vitamina D mínimas. 22

23 Sistema óseo y Dentario: estimula la absorción intestinal de calcio y fósforo y su reabsorción en los riñones. Regula el metabolismo de estos minerales vitales para el crecimiento y desarrollo normal de huesos y dientes. Condiciona el depósito de Ca y P en los huesos. Sistema inmune: fortalece al sistema inmune ayudando a prevenir infecciones. Sistema nervioso: los niveles de calcio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso y la contracción muscular. Regula los niveles de calcio en la sangre. La vitamina E, consta de un núcleo aromático y un diterpeno. Puede presentar tres formas moleculares: α- tocoferol (forma más activa), β-tocoferol y γ-tocoferol. Puede encontrarse en aceites de semillas, germen de trigo, verduras, yema de huevo, margarinas y legumbres. 23

24 La vitamina E es el antioxidante liposoluble más importante. Es un componente del sistema de defensa antioxidante de las células. Impide la autooxidación de los ácidos grasos insaturados. Impide el deterioro de las membranas celulares. Actúa en el mantenimiento de un funcionalismo normal de la placenta, de los ovarios y de los testículos, así como de los músculos. La vitamina K, es un diterpeno con cuatro formas moleculares: K 1, K 2, K 3, K 4 (ésta última se ha obtenido sintéticamente y es la más activa del grupo). K 1 se obtiene a partir de vegetales de hojas verdes. K 2 se obtiene a partir de derivados de pescados. K 3 se obtiene a partir de la producción de nuestra flora bacteriana intestinal. Por ello, las necesidades de esta vitamina en la dieta son poco importantes. 24

25 Su principal función es participar en la coagulación de la sangre. Favorece la síntesis hepática de la protrombina, sin cuya presencia la sangre no se coagula Su acción previene las hemorragias internas. Colabora en el metabolismo de los huesos. BLANCO, A. Química biológica. Séptima edición. Editorial El Ateneo. RIGALLI, A. Química Biológica. Fundamentos y concepto. Editorial Corpus. DEVLIN, T. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. 3ª Edición. Editorial Reverté. MATHEWS C., VAN HOLDE K. Bioquímica. Interamericana Mc Graw- Hill. MURRAY R., GRANNER D., MAYES P., RODWELL V. Bioquímica de Harper. Ed. El Manual Moderno. Las presentaciones en Power Point son simplemente orientativas acerca de los contenidos desarrollados. Las mismas deben ampliarse con la bibliografía sugerida por los docentes. 25